«Сталь-2»: советский самолёт из сварной стали

Мастерские общества «Добролёт»; на фотографии — самолёт АНТ-9.

Сталь-2: сварной самолёт в условиях дефицита дюралюминия#

Сталь и раннее советское авиастроение#

Сталь — один из наиболее распространённых в технике сплавов. В её составе не менее 45% железа, а доля углерода составляет от 0,02 до 2,14%. Сталь с содержанием углерода от 0,6 до 2,14% относят к высокоуглеродистой. Авиация использовала стальные детали с первых этапов своего развития: из разных марок этого сплава изготавливали отдельные элементы силового набора, в том числе рамы двигателей и стойки шасси.

Пока аэропланы строили из дерева и полотна, такой подход не создавал серьёзных затруднений. Но вместе с развитием двигателей и аэродинамики росли скорости, а авиационной промышленности требовались новые материалы, одновременно лёгкие и прочные. Одним из главных решений стал дюралюминий. Впервые его применили в 1911 году для каркасов жёстких дирижаблей, а позднее сплав начали использовать и в самолётостроении.

В Советской России и СССР первых лет положение с дюралюминием было крайне сложным. Первые плавки на основе немецкого сплава провели в литейной мастерской МВТУ. Затем опытное производство организовали на Кольчугинском заводе по обработке цветных металлов. В 1925 году построили АНТ-2 — первый советский самолёт, полностью изготовленный из кольчугалюминия. Производство сплава удалось наладить, однако его выпуск оставался очень небольшим.

На новый материал сразу обратили внимание ВВС, и потребности военных опережали возможности промышленности. Вернуться к прежней схеме с полотняной обшивкой и деревянными элементами было нецелесообразно. Пока заводы с большим напряжением выпускали для армии и флота десятки тяжёлых бомбардировщиков АНТ-4, известных также как ТБ-1, другим организациям и заказчикам, которым требовались самолёты, приходилось искать альтернативные решения.

Одним из перспективных материалов металлурги сочли нержавеющую сталь. Исследовались разные образцы, включая крупповскую нержавеющую сталь. Лучшие характеристики показала отечественная хромоникелевая сталь «Энерж-6». За неё не требовалось платить валютой; по качеству она уступала немецкому образцу незначительно, а по соотношению цены и качества оставалась конкурентоспособной.

Инженеры-металлурги московского завода «Серп и молот» разработали технологию производства профилированных деталей из тонкой нержавеющей стали и наладили выпуск проката. Там же освоили несколько способов соединения тонких листов: контактную точечную, роликовую и стыковую электросварку. Самого завода сегодня нет: на его месте построен жилой комплекс.

Александр Путилов и поиски металлической конструкции#

В 1930 году при Главной инспекции гражданского воздушного флота Александр Иванович Путилов организовал и возглавил Отдел опытного самолётостроения — ОСС. К этому времени он уже был известен как инженер и специалист по свойствам металлов. Путилов входил в комиссию по цельнометаллическому самолётостроению и позднее стал одним из основателей НИИ ГВФ.

Он родился 21 апреля 1893 года в Радоме, в Польше, в семье военнослужащего. В 1910 году окончил 3-й Московский кадетский корпус, а в 1920-м завершил обучение на механическом факультете Московского высшего технического училища. Путилов умер в Москве 8 декабря 1979 года. Его имя известно меньше, чем имена многих других советских авиаконструкторов, хотя его вклад в развитие авиационной промышленности был значительным.

Путилов участвовал в создании ранних самолётов А. Н. Туполева: АНТ-2, АНТ-3, АНТ-4, АНТ-5 и АНТ-6. При этом точно не установлено, работал ли он в конструкторском бюро Туполева как штатный сотрудник или привлекался в качестве стороннего специалиста; второй вариант считается более вероятным. В 1925 году под руководством Путилова над конструкцией АНТ-5, истребителя И-4, начал работать инженер-конструктор Павел Сухой. Это стало началом его деятельности в авиастроении.

После завершения работ с Туполевым Путилов создал и возглавил конструкторское бюро при Тушинском авиазаводе. Под его руководством разработали серийные пассажирские самолёты из нержавеющей стали: «Сталь-3» в 1933 году и «Сталь-11» в 1937-м.

До этого, в начале 1930 года, ОСС получил задачу создать однодвигательный пассажирский самолёт со стальной конструкцией. Машина должна была перевозить одного пилота и четырёх пассажиров. Кроме пассажирских перевозок, её планировали использовать для доставки почты, аэрофотосъёмки и в сельскохозяйственной авиации. Ответом на это задание стал самолёт «Сталь-2».

Путилов впоследствии пережил репрессии. В 1938 году его арестовали и приговорили к тюремному заключению. В заключении он работал в ЦКБ-29 НКВД, известном как «шарага», в бригаде В. М. Петлякова. Через некоторое время Путилова освободили, и он продолжил конструкторскую работу на других заводах. С 1943 года он преподавал в Военно-воздушной инженерной академии имени Н. Е. Жуковского.

В 1952 году Путилова вновь арестовали; освобождения он ждал до 1955 года. После этого Туполев привлёк его к работе в своём конструкторском бюро. Путилов организовал и возглавил филиал ОКБ на авиазаводе № 18 в Куйбышеве. Он участвовал в разработке самолётов Ту-95ЛЛ, Ту-126 и Ту-128УТ.

За создание «Сталь-2» Путилов был награждён орденом Ленина. За последующую конструкторскую деятельность он получил ещё три ордена: Красной Звезды, Отечественной войны и Трудового Красного Знамени.

Первый полёт и серийный выпуск#

«Сталь-2» построили в 1931 году на базе авиамастерских Всероссийского общества «Добролёт», находившихся под патронажем НИИ Гражданского воздушного флота. Первый полёт состоялся 11 октября 1931 года. Самолёт с американским двигателем Wright J-6-7 пилотировал лётчик-испытатель Эдуард Иванович Шварц.

Конструкцию признали достаточно удачной, чтобы начать серийный выпуск с небольшими изменениями. Для производства самолёта в Тушине построили машиностроительный завод № 81. Организация нового предприятия заняла больше времени, чем разработка самой машины, поэтому первый серийный экземпляр цельностального сварного самолёта выпустили только в 1934 году. Всего изготовили 111 машин «Сталь-2».

Самолёт «Сталь-2».

Самолёты использовали на внутренних почтово-пассажирских линиях и активно привлекали к работе на арктических маршрутах. Они оставались в эксплуатации до второй половины 1940-х годов. В условиях войны потребность в перевозках сохранялась, тогда как строительство новых самолётов было затруднено. Позднее «Сталь-2» летали уже с другими двигателями — МГ-31 или М-17.

Стальная конструкция и её ограничения#

Расчёт на то, что сварной стальной каркас упростит производство самолёта и продлит срок его службы, оправдался лишь отчасти. Саму конструкцию нельзя было назвать ни простой, ни дешёвой. Силовые элементы делали из гофрированных стальных листов толщиной от 0,1 до 0,6 мм. Листы сваривали, превращая их в трубчатые детали со сложным поперечным сечением. Их изготовление, а затем сборка отдельных агрегатов требовали сложной технологии.

«Сталь-2» одновременно стал испытательной площадкой для новых сварочных методов. При производстве деталей применяли точечную и роликовую контактную электросварку. В хвостовой части фюзеляжа использовали автогенную сварку обычных тонкостенных стальных труб.

Несмотря на название и стальной силовой набор, самолёт не был полностью металлическим. Крылья, оперение и большая часть фюзеляжа имели полотняную обшивку. Металлической сделали только переднюю часть фюзеляжа — от двигателя до кабины пилота. Боковые стенки участка между кабиной и багажным отделением закрывали фанерными щитками. Такое сочетание материалов позволяло уменьшить массу конструкции и облегчало работу сравнительно маломощного двигателя М-26.

Этот мотор не отличался высокими характеристиками. Военные отказались от него из-за большой массы, высокого расхода топлива и недостаточной надёжности. У гражданской авиации выбор силовых установок был ограничен. Первый «Сталь-2» поднялся в воздух с американским Wright J-6-7, а последующие машины оснащались семицилиндровым мотором — копией этого двигателя. Его максимальная мощность достигала 300 л. с., номинальная составляла 270 л. с.

При полётной массе 1910 кг самолёт развивал у земли максимальную скорость 205 км/ч. Высоту 1000 м он набирал за пять минут. Полезная нагрузка составляла 730 кг, включая 360 кг пассажиров и багажа. При средней скорости 165 км/ч дальность полёта достигала 550 км.

Пассажиров и пилота размещали в закрытых кабинах. В пассажирском отсеке находились два двухместных дивана, установленных один за другим. На самолётах первых серий у каждого пассажира была отдельная дверь. В середине производственной серии компоновку изменили: на левом борту стали устанавливать две двери.

За пассажирской кабиной разместили багажный отсек для почты и других грузов. Его вместимость была небольшой, а допустимая масса груза не превышала 80 кг. Комфорт для пассажиров оставался минимальным, а лётные характеристики к середине 1930-х годов уже не были высокими. Тем не менее на коротких воздушных линиях самолёт оказался пригоден для пассажирских перевозок. В Арктике его ценили за неприхотливость.

Коррозия и эксплуатационная судьба#

Предполагалось, что металлическая конструкция позволит самолётам дольше служить, однако сталь потребовала постоянного ухода. Коррозия поражала места сварки, болты и пистоны. Обслуживание и ремонт стальных машин оставались необходимыми в той же мере, что и для самолётов из других материалов. Кроме того, тканевая обшивка изнашивалась, а фанерные детали со временем растрескивались.

Самолёты «Сталь-2» и созданный на его основе вариант «Сталь-3» в целом подтвердили жизнеспособность выбранного подхода. При этом они быстро устарели и морально, и физически. Их историческое значение связано с тем, что это были первые самолёты со сварной цельностальной конструкцией, дошедшие до серийного производства.

Машины выполняли не только обычные почтовые и пассажирские рейсы. В начале 1932 года «Сталь-2» прошёл маршрут Москва — Рязань — Козлов — Тамбов. Расстояние в 450 км самолёт преодолел за 2 часа 25 минут, показав среднюю скорость 186 км/ч. 16 ноября 1934 года СССР впервые участвовал в международном Парижском авиасалоне. На нём представили самолёты Р-5, АИР-9 и «Сталь-2».

К моменту появления «Сталь-2» прошло 95 лет. Этот самолёт не стал началом нового направления в конструкторской мысли, но показал, что советские инженеры способны разрабатывать технологии работы с металлами и внедрять новые способы промышленного изготовления самолётов. Он также продемонстрировал, что конструкторы могут создавать пригодные к эксплуатации машины на основе новых материалов.

За десять лет до этого страна могла строить лишь самолёты с полотняно-фанерной конструкцией и импортными двигателями. «Сталь-2» подтвердил, что отечественные специалисты могут самостоятельно освоить материалы, методы их обработки и сварки, а также разработать авиационный мотор. Его характеристики и надёжность уступали американским и французским двигателям, однако сам опыт был важен для развития отрасли. В авиации, как и в других областях, технический прогресс складывается не только на поле боя: его обеспечивают конструкторские бюро, научно-исследовательские институты и инженерная работа.