Глава 10 ДИНАМИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ

Глава 10

ДИНАМИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ

Между обнаружением вражеского самолета (действие, вероятность которого практически никак не зависела от ТТХ истребителя) и открытием огня на поражение находится этап боевого маневрирования, успех которого, разумеется, зависит от летных параметров самолета. Задача этого этапа — выйти на удобную для ведения прицельного огня позицию. Как было уже сказано, таковой позицией является сближение с противником сзади или сзади-снизу, как правило, с угловым отклонением не более 5 градусов от оси движения вражеского самолета. (45, стр.67) Стрельба под большими углами требовала быстрого и точного определения величины упреждения, что при отсутствии на самолетах начала Второй мировой войны каких-либо приборов автоматизации наведения было практически недоступно даже для летчиков высокой квалификации.

«При изучении приемов боя, в результате которых противник нес потери, выяснилось, что наиболее выгодными были атаки, проводимые нашими истребителями сверху-сзади и снизу-сзади, т. е. атаки, выполняемые с маневром в вертикальной плоскости и выходом на огневую позицию с задней полусферы… Количество сбитых при этом самолетов противника составляло в среднем 80–85 % общего числа сбитых в воздушных боях…»(31)

В советском «Наставлении по ведению воздушного боя» 1943 года было сказано: «Нормальная дальность ведения огня, обеспечивающая хорошую вероятность попадания, не больше 100 м». Статистика 1945 года выглядит так: 50 % от общего числа сбитых истребителей противника были уничтожены огнем с дистанции менее 100 м, еще 39 % — с дистанции от 100 до 200 м. На дальности более 300 м был сбит всего один 1 % от общего числа. Судя по воспоминаниям советских асов-истребителей, многие из них предпочитали стрелять практически в упор, «когда заклепки становятся видны». Кроме всего прочего, стрельба с предельно малых дистанций смягчала требования к угловому отклонению — вражеский самолет «налетал» на трассы даже при значительных ошибках в выборе величины упреждения. Таким образом, энергичное и умелое маневрирование могло в значительной степени возместить слабость вооружения и примитивность прицельных устройств.

Понятно, что качество и конечная эффективность маневрирования в огромной степени зависят от квалификации и боевого опыта летчика. Менее очевидно то, что самым эффективным «маневром» является грамотно выстроенная тактика ведения группового боя. Чем больше и лучше продумал все детали предстоящего боя командир, тем меньше придется «крутить петли» его подчиненным. Оптимальное построение боевых порядков, эшелонирование по высоте, выделение ударных, прикрывающих, резервных групп, использование облачности и солнца, взаимодействие в групповом бою — все это в конечном итоге позволяет добиться успеха в стремительной первой атаке, не втягиваясь в эффектную на экране, но малоэффективную в бою «воздушную акробатику».

«Не надо фигурять». Эти слова приписывают летчику-истребителю, генерал-лейтенанту авиации, Герою Советского Союза, главкому авиации П.В. Рычагову. Если он действительно говорил такое, то был совершенно прав. Война, в которой генералу Рычагову не суждено было сразиться с врагами лицом к лицу, полностью подтвердила это простое правило.

«Опыт Великой Отечественной войны показал, чтопервая атака всегда давала наибольший результат по той причине, что в ней элемент внезапности наиболее вероятен… Примеры действий ряда истребительных авиационных дивизий в различных крупных операциях, проведенных нашими войсками в период 1944–1945 гг., показывают, что с первых атак было уничтожено до 75 % немецких самолетов… Одновременная атака, выполненная несколькими самолетами, являлась высшей ступенью воздушного боя… Выполнение атаки группой имело много положительного, так как мощь огня нескольких самолетов и моральное воздействие, производимое на противника, а также чувство товарищеской поддержки одновременно идущих в атаку истребителей делали атаку группой чрезвычайно эффективной…»(31)

И вот только после того, как воздушный бой распадался на отдельные индивидуальные схватки, наступала (если наступала) очередь для того, о чем так любят дискутировать на всевозможных Интернет-форумах: для соревнования в скорости и маневренности самолетов.

Разумеется, исход этого соревнования зависит и от ТТХ самолетов. Но не только, и даже не столько от них. Истребители в воздушном бою не летают так, как описано в нашей Главе 2. Боевые самолеты маневрируют на так называемых «динамических режимах». Это режим полета, основанный на непрерывном преобразовании кинетической энергии (энергии движения) самолета в потенциальную энергию (энергию положения) и наоборот. Или, другими словами, превращении скорости в высоту и высоты в скорость. Самым простым примером такого преобразования скорости в набор высоты является маневр, называемый «горка» (см. рис. 9).

Рис. 9

Исходя из фундаментального закона сохранения, сумма кинетической и потенциальной энергии в начальном и конечном состоянии должны быть равны друг другу.

Например, реактивный самолет летел с начальной скоростью 2340 км/ч (650 м/с). За счет потери скорости до эволютивной (т. е. такой минимально допустимой скорости, при которой еще сохраняется эффективность действия аэродинамических рулей), равной 360 км/ч (100 м/с), он может подняться на 20854 м. Конечно, этот расчет не учитывает действия как аэродинамического сопротивления, так и тяги работающего двигателя, поэтому он приведен только для иллюстрации. Реальным примером может быть советский истребитель «МиГ-25», который способен выполнить динамическую горку на 15 километров — с высоты статического потолка 20 км до 35 км.

Теперь от отвлеченных примеров перейдем к параметрам истребителей Второй мировой.

«Инструкция летчику по эксплуатации и технике пилотирования самолета „Ла-5“ с мотором М-82» 1943 года предписывала производить горку следующим образом:

«После разгона самолета до максимальной скорости плавно выбрать ручку на себя и установить угол подъема около 60 гр. При достижении скорости 270 км/час по прибору плавно отжимать ручкой самолет в горизонтальный полет или в разворот с небольшим креном в 15–20 гр. в желаемую сторону, следя, чтобы скорость была не менее 250 км/час (это и есть эволютивная скорость для „Ла-5“). Набор высоты за горку около 1000 м. Время выполнения 12–15 секунд»

Набор высоты 1000 метров за 12–15 секунд на динамической горке означает достижение вертикальной скорости 67–83 м/сек.

Вертикальная скорость 67–83 метров в секунду.

Это не много, а невероятно много. Если мы посмотрим на те ТТХ истребителей начала Второй мировой войны, которые приведены во всех книгах и справочниках, то обнаружим, что типичный истребитель развивал вертикальную скорость 12–14 м/сек (700–850 м/мин). Недопустимо низкой могла считаться вертикальная скорость в 10–11 м/сек, исключительно высокой — вертикальная скорость порядка 15–17 м/сек. В конце войны огромными усилиями конструкторов и ученых были созданы истребители, способные развить вертикальную скорость в 19–22 м/сек («Ла-7», «Спитфайр» Mk-XIV, «Мессершмитт» Bf-109G-10). Причем все эти значения относятся к так называемой «начальной» вертикальной скорости или «вертикальной скорости у земли». По мере набора высоты и связанного с этим падения тяги винтомоторной установки вертикальная скорость быстро уменьшается. Так, вертикальная скорость истребителя «Ла-5ФН» у земли составляла 17,7 м/сек, на высоте 5 км она уменьшалась до 14 м/сек, а уже на высоте 7 км падала до 10 м/сек.

Большую вертикальную скорость и способность «взмывать в небо» истребители той эпохи достигали ТОЛЬКО на динамических режимах.

Например, в инструкции по эксплуатации «ЛаГГ-3» (того самого истребителя, который на всех фронтах называли «Лакированный Гарантированный Гроб») рекомендуемым углом набора высоты при выполнении фигуры, именуемой «ранверсман» (сочетание горки с разворотом и последующим пикированием), называется угол в 70–80 градусов к горизонту. Но и это еще не предел возможной динамической скороподъемности. Указанные режимы выполнения горки или ранверсмана предполагали, что выполнение фигуры начинается из горизонтального полета с максимальной скоростью. Но ведь возможен и полет с большей скоростью — со скоростью пикирования. Для «ЛаГГ-3» это 600 км/час, «Як-3» пикировал со скоростью 700 км/час. Переходя с такой скорости в динамическую горку, можно было действительно «свечой взмыть в небо».

С другой стороны, все книги и справочники, все «таблички» приводят значения вертикальной скорости на «статическом» режиме набора высоты, т. е. в полете с постоянной горизонтальной (относительно земли, а не относительно воздушного потока) скоростью. Оптимальной скоростью при статическом наборе высоты для самых разных по конструкции самолетов («ЛаГГ-3», «Ла-5», «Як-3», «Киттихоук» «Р-40», «Мессершмитт» «Bf-109» G-2) инструкции по эксплуатации называют примерно одну и ту же скорость в 270–275 км/час. При таких значения горизонтальной и вертикальной скорости статический набор высоты происходил: у «безнадежно устаревших» истребителей типа английского «Харрикейна» или французского «Блох» «MB-152» под углом 6–7 градусов к горизонту, а у наиновейшего «Спитфайра» или «Мессершмитта» — под углом 12–13 градусов к горизонту. Ни то, ни другое, ни 6, ни 13 градусов, не имеет ничего общего с энергичным маневрированием в воздушном бою.

Типовые траектории набора высоты типичных истребителей Второй мировой войны при статическом и динамическом режимах показаны на рис. 10.

Рис. 10

Уважаемый читатель, посмотрите на рис. 10 как можно внимательнее. Он того заслуживает. В предыдущих главах мы отметили реальный, бесспорный ФАКТ: летая на совершенно одинаковых самолетах, одни летчики сбивали вражеские самолеты десятками, а другие (и таких было абсолютное большинство) не сбили за всю войну ни одного самолета. Рис. 10 является наглядным объяснением одной из многих причин, объясняющих этот факт. Рис. 10 показывает, что в воздушном маневрировании практически все зависело от тактики организации боя (заблаговременный набор высоты и внезапность атаки) и индивидуального мастерства летчика (умение летать на динамических режимах).

«Скороподъемность, так же как и скорость, находится в очень большой зависимости от превышения. Если истребитель находится вверху, то он после атаки с пикирования может на короткий период дать огромную скороподъемность и уйти вверх чрезвычайно крутой горкой.

Летчик, видя „Me-109“, проскакивающий мимо него сбольшой скоростью и уходящий свечой вверх, иногда не учитывает, что все это достигается не столько за счет качеств самолета, сколько за счет тактики, за счет преимущества в высоте, дающего на короткий период резкое увеличение скорости и скороподъемности…» (Наставление по ведению воздушного боя 1943 г.)

Динамическая горка, позволяющая увеличить реальную скороподъемность истребителя в 5–6 раз по сравнению со статическим режимом набора высоты, не является единственным видом динамического режима боевого маневрирования. Скорость (т. е. запас кинетической энергии) можно превратить не только в набор высоты, но и в «дополнительную тягу двигателя», резко повышающую горизонтальную маневренность самолета.

«Боевой разворот. Для выполнения боевого разворота разогнать самолет до максимальной скорости. Вводить самолет в боевой разворот с креном 15–20°; одновременно увеличивать угол набора и плавно давать полный газ. Выводить самолет из боевого разворота в горизонтальный полет на скорости 280 км/час с работающим на полной мощности мотором. После вывода из разворота газ сбавить до нормального. При выполнении боевого разворота самолет набирает высоту 800 м.»

В чем физический смысл этого маневра? Кинетическая энергия, накопленная перед началом боевого разворота («разогнать самолет до максимальной скорости»), в дальнейшем расходуется на преодоление резко возрастающего при полете с большими углами атаки аэродинамического сопротивления Можно сказать так: к тяге двигателя при динамическом развороте добавляется «сила инерции» (хотя школьные учителя физики очень не любят упоминания об этой не существующей в природе силе). Кроме того, за счет значительного падения скорости (с максимальной 500–565 км/час до указанной в инструкции 280 км/час) на боевом развороте обеспечивается одновременно и набор высоты (т. е. прирост потенциальной энергии, которую в следующую секунду боя можно будет снова превратить в прирост скорости на пикировании).

Полноценное использование огромных возможностей динамических режимов («огромных» — это значит улучшающих характеристики маневренности не на проценты, а в разы) отнюдь не просто. Кроме того, что от пилота требуется высокая летная и физическая подготовка, необходима опять же соответствующая тактика боевого применения.

Прежде всего, необходимо обеспечить превышение (именно высота была для истребителей той эпохи главным «аккумулятором энергии») над противником еще до встречи с ним. Во-вторых, желательно было — хотя это далеко не всегда соответствовало поставленной задаче — перевести бой с малых на средние высоты. Дело в том, что разогнаться на пикировании можно очень сильно, но для того, чтобы при этом не врезаться в землю, нужен был весьма значительный запас высоты. Так, инструкция по пилотированию «ЛаГГ-3» предупреждала летчика о том, что «при пикировании под углом 60° и достижении скорости 600 км/час по прибору самолет при выводе теряет 1400 м высоты». «Мессершмитту» «Bf-109» G при максимально допустимой перегрузке, равной 4 единицам, для выхода из пикирования на скорости 750 км/час нужен был запас высоты никак не менее 1100 метров. Таким образом, достаточно эффективный (и эффектно описанный во всех мемуарах) метод ведения воздушного боя: «разогнался в пикировании — обстрелял — ушел свечкой вверх» — был хорош в заоблачных высотах боев над Ла-Маншем. Боевые действия на Восточном фронте потребовали от истребителей спуститься на те высоты, на которых действовали ударные самолеты поля боя, т. е. на малые и предельно малые высоты, где всем участникам воздушных боев пришлось перейти к горизонтальному маневру с малой скоростью и большими перегрузками.

Вторым по значимости «аккумулятором энергии» является высокая скорость горизонтального полета. Но самолет не может долго лететь с максимальной скоростью — существуют ограничения по запасу топлива, из-за которых для обеспечения максимальной продолжительности патрулирования (или максимальной дальности сопровождения бомбардировщиков) приходилось лететь на крейсерских скоростях, составляющих, как правило, 50–60 % от максимальной (270–280 км/час у «ЛаГГ-3», 300–320 км/час у «Ла-5»). Таким образом, та реальная скорость, с которой истребитель вступал в реальный воздушный бой, в огромной степени определялась не мощностью мотора, не аэродинамическими ухищрениями, а опять-таки тактикой. Истребитель, патрулирующий на скорости 300–350 км/час, превращается из истребителя в мишень. Испытания серийного самолета «Ла-7» показали, что темп разгона составляет всего 94 км/час за минуту (на высоте 5 км, при начальной скорости 460 км/час). И это, заметьте, у «Ла-7», т. е. у одного из лучших поршневых истребителей мира. Другими словами, для разгона от крейсерской скорости до максимальной типичному истребителю требовалось порядка 150 секунд. Воздушный бой за это время мог уже закончиться…

Влияния ТТХ самолета на способность истребителя маневрировать на динамических режимах весьма сложны. Попытаемся отметить лишь некоторые, уместные в популярной книге для гуманитариев, аспекты.

Реализация динамических режимов маневрирования требует низкого аэродинамического сопротивления (чтобы кинетическая энергия не расходовалась впустую на нагрев воздуха), т. е. острого носа, тонкого крыла малой площади (т. е. большой удельной нагрузки). Скорее всего, такими свойствами обладает самолет с большой максимальной скоростью полета — но отнюдь не всегда (большую скорость можно получить на «бревне» с очень большой тяговооружённостью, на двигателе большой высотности). Более правдоподобна оценка по максимальной скорости пикирования — если самолет может разогнаться до больших скоростей, значит, он эффективно преобразует высоту в скорость (потенциальную энергию в кинетическую). Но и тут не все просто — максимально допустимая скорость пикирования может быть ограничена жесткостью и прочностью крыла (флаттер).

Вторым важнейшим условием преобразования скорости в маневр (вертикальный или горизонтальный) является низкая эволютивная скорость (эффективность динамического маневра, как было уже показано выше, определяется разностью квадратов максимальной и эволютивной скоростей). В скобках заметим, что за многие годы работы автору ни разу не попалась на глаза популярная книжка, в которой бы были указаны эти параметры. Косвенно о величине эволютивной скорости можно судить по близкой к ней величине посадочной скорости и еще по наличию предкрылков (если они есть, то допустимые по условиям срыва потока углы атаки будут больше, соответственно, эволютивная скорость — меньше). Хотя и в этом вопросе все очень непросто. Малая эволютивная скорость связана прежде всего с малой удельной нагрузкой, т. е. с «большим крылом», но большое крыло будет препятствовать разгону на пикировании.

Бывают и совсем неожиданные эффекты. Предкрылки, безусловно, увеличивают допустимые углы атаки, но англичане, испытывая в июне 1940 года трофейный «Мессершмитт», обнаружили у него такую странную особенность: при маневрировании с большими перегрузками и на больших углах атаки происходил несимметричный выпуск автоматических предкрылков на правом и левом крыле, что приводило к «рысканию» (быстрые и случайные изменения направления полета) и делало невозможной прицельную стрельбу.

Во всех предыдущих рассуждениях мы рассматривали самолет как материальную точку, мелькающую в небе под воздействием различных сил. Но аэродинамические силы, действующие на эту «точку», зависят от углов поворота крыла и фюзеляжа вокруг центра масс. Повороты эти происходят отнюдь не мгновенно, угловые скорости ограничены и особенностями конструкции, и максимальным усилием, с которым летчик тянет и давит на ручку и педали. Не хотелось бы утомлять читателя сверх меры, но без рассмотрения вопросов управляемости все оценки возможностей динамического маневрирования теряют практический смысл.

Для того чтобы развернуться, самолету надо накрениться (подробнее см. Главу 2). Для того чтобы накрениться, надо на одном крыле поднять элерон, а на другом опустить (это делается одним движением ручки управления налево или направо). Возможные дальнейшие события отражены на рис. 11 и рис. 12.

Рис. 11

Рис. 12

Отклонение элерона вниз приводит к увеличению кривизны профиля крыла, давление воздуха под крылом возрастает, и в результате появляется дополнительная подъемная сила, направленная вверх (см. рис. 11). На другом крыле в это время происходит все то же самое, только наоборот (элерон отклоняется вверх, давление под крылом уменьшается, над крылом — повышается, в результате появляется дополнительная аэродинамическая сила, направленная вниз). Самолет накреняется и входит в вираж. Но крыло — это тонкая пластина, отнюдь не «бесконечной жесткости». Под воздействием аэродинамической силы, «поднимающей» элерон, крыло начинает закручиваться, а угол атаки (угол между вектором скорости воздушного потока и крылом) — уменьшаться. (см. рис. 12). В результате этого сложного взаимодействия эффективность элеронов на больших скоростях полета начинает уменьшаться до нуля, а затем и вовсе наступает так называемый «реверс элеронов» — элерон отклоняется вниз, а подъемная сила крыла не только не возрастает, а наоборот — падает! При этом самолет начинает крениться не в ту сторону, куда хочет накренить его летчик (правда, практически до такого состояния дело не доходит, и процесс завершается на этапе полной потери поперечной управляемости самолета).

Способность быстро создать крен (высокая угловая скорость крена) является важнейшим показателем боевой маневренности самолета. Например, вражеский истребитель уже «висит на хвосте» и готовится открыть огонь. При этом именно способность очень быстро создать крен и «уйти с трассы» определяет выживание атакуемого самолета. Необходимой для боевого маневрирования в начале 40-х годов считалась угловая скорость крена порядка 90 градусов в секунду (другими словами — выполнение полной «бочки» за 4 секунды или вход в крутой вираж с углом крена 70–80 градусов в течение одной секунды). Такие показатели управляемости истребители Второй мировой сохраняли только на скоростях значительно (в полтора-два раза) меньших, нежели максимальная.

Например, «Як-3» выполнял полную «бочку» за 5–6 секунд на скорости 350 км/час, «Спитфайр» сохранял высокую (90 град/сек) угловую скорость до скорости 400 км/час (фантастический результат для самолета с очень тонким крылом — Р. Митчелл явно знал какое-то волшебное слово…). Лучше всех советских истребителей крутил «бочки» «Ла-5». Немцы, испытав трофейный «Ла-5», были поражены эффективностью элеронов «лавочкина». («эффективность элеронов — выдающаяся. На скорости 450 км/ч полный оборот выполняется менее чем за 4 сек»), который даже превзошел таковую у «Фокке-Вульфа» FW-190 (который значительно превосходил «Мессершмитт» по этому важнейшему показателю).

Кроме элеронов, на самолете есть еще рули высоты (установлены на стабилизаторе) и руль направления (установлен на киле). Киль и стабилизатор значительно короче крыла и поэтому обладают значительно большей жесткостью на кручение. Реверса рулей на хвостовом оперении обычно не бывает, но проблемы с чрезмерно высокими усилиями на ручке и педалях на больших скоростях полета неизбежно возникали — в большей или меньшей степени — на всех истребителях Второй мировой. Особенно плохо обстояли дела на «Мессершмитте» — на скоростях более 450 км/час этот «лучший истребитель войны» превращался в практически неуправляемый снаряд…

Хочется надеяться, что после этого очень короткого «ликбеза» читателю уже стало понятно, что сама логика традиционной для советской военно-исторической литературы оценки качества истребителей по одному-единственному показателю (максимальной скорости) абсурдна. Совершенно абсурдна. В 1941 году «МиГ-3» был самым быстрым, а «И-16» — самым тихоходным истребителем из числа тех, что сражались в небе войны. При этом как первый из них не был самым лучшим, так и второй не был самым худшим по всей совокупности своих боевых возможностей.

Максимальная скорость на большой высоте — это только маленькая составная часть от всей совокупности летных параметров самолета. Летные параметры самолета (наряду с несравненно более важным умением летчика реализовать возможности динамических режимов полета) являются всего лишь одной из предпосылок для успешного маневрированию в бою. Маневренность (понимаемая в самом широком смысле этого слова, как способность сблизиться с противником и занять удобную позицию для стрельбы) является (наряду с параметрами вооружения) только одной из составляющих тактико-технических характеристик истребителя. Высокие ТТХ самолетов (наряду с несравненно более важным выбором оптимальной тактики боевого применения) являются всего лишь одной из составляющих общей эффективности истребительной авиации.

Завершить главу положено выводами. Приведем их дословно и в том порядке, в каком они были перечислены в конце «Наставления по ведению воздушного боя» 1943 года.

«Выводы

1. Исход боя решается не столько качествами самолета, сколько умением их использовать, т. е. тактикой. При этом летчик-истребитель должен уметь получить от самолета максимальную скороподъемность, максимальную скорость полета, максимум набора высоты на горке и минимальное время виража.

2. Истребитель для пассивной обороны не приспособлен, поэтому нужно всегда действовать первым, добиваться внезапности, по крайней мере, первой атаки, и сохранить за собой свободу действий.

3. Правильно строить боевой порядок, эшелонируя его по высоте. Необходимо выделять группу прикрытия, используя ее как охранение и резерв.

4. Превышение в бою увеличивает скорость и скороподъемность и тем самым обеспечивает свободу действий и инициативу истребителей…»

Данный текст является ознакомительным фрагментом.