Ноухау в танко и самолетостроении

В танковой промышленности замена ручной сварки бронекорпусов автоматической по методу академика АН УССР Е. О. Патона позволила в 2,5 раза снизить себестоимость бронекорпусов танков, что было эквивалентно изготовлению дополнительно 14 тыс. танков Т-34. В 1942–1943 гг. под руководством член-корреспондента А. А. Бочвара в практику двигателестроения был внедрен новый материал — цинковистый силумин, сплав для изготовления блоков авиадвигателей и танковых дизелей. В итоге потребление отраслью алюминия снизилось минимум на 20%. В производстве боеприпасов были с успехом использованы положения теории упругопластических деформаций, разработанные в Институте механики АН СССР под руководством А. А. Ильюшина. Достижения авиационной науки неразрывно связаны с деятельностью Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ), Всесоюзного института авиационных материалов (ВИАМ), Летно-исследовательского института и других. В 1941 г. коллективом ЦАГИ была в целом завершена разработка и апробация методик расчета статической устойчивости и управляемости летательных аппаратов, а также критериев выбора параметров самолета с поршневым двигателем. Эти методики были обобщены в выпускавшемся в 1941–1943 гг. «Руководстве для конструкторов», являвшемся основным пособием для инженерно-технического персонала авиапромышленности12. С реэвакуацией ЦАГИ в Москву и введением в строй натурных аэродинамических труб для продувки самолетов в 1943 г. была проведена широкая программа исследований. Продувке подверглись все серийные и значительная часть опытных образцов авиатехники. Специалисты ЦАГИ провели все исследования, на основании которых была осуществлена модернизация истребителя Ла-5 до уровня Ла-5ФН. По итогам работы специалистов института скорость отечественных истребителей с начала войны до середины 1943 г. увеличилась в среднем на 50 км/ч. Большое значение для совершенствования возможностей боевой авиации имели работы по снижению лобового сопротивления самолетов. В результате герметизации щелей, снижения количества и размеров выступающих частей, улучшения обводов стало возможным при незначительно возросших мощностях двигателей увеличить скорость самолетов: например, штурмовиков конструкции С. В. Ильюшина — примерно на 30%. В результате лобовое сопротивление штурмовика Ил-10, поступившего на вооружение в 1944 г., практически сравнялось с таковым у основного истребителя противника Ме-109. А лобовое сопротивление советских истребителей последних лет войны было на четверть меньшим, чем у последних модификаций «мессершмитов». Стоит отметить, что в ЦАГИ тщательно исследовали скоростные, маневренные и прочностные характеристики всех самолетов противника. Их также подвергали продувкам в натурных аэродинамических трубах, исследовали поведение на различных режимах полета, а после давали рекомендации в ВВС по использованию в воздушных боях уязвимых мест и режимов вражеской авиатехники. Профессор МГУ М. В. Келдыш сумел разгадать тайну флаттера, таким образом предотвратив разрушение советских боевых самолетов, за что вместе с Е. П. Гроссманом был в 1942 г. удостоен Сталинской премии. В деле совершенствования конструкций и технологий советской авиапромышленности большую роль сыграли труды ВИАМ. Ему принадлежит заслуга мирового лидерства СССР в применении стали в самолетостроении. В 1941 г. специалисты института С. Г. Кошкин и Н. М. Скляров создали авиационную броневую сталь АБ-2, благодаря которой и стала возможной сборка бронекорпусов для штурмовиков С. В. Ильюшина. Вместо хромомолибденовой конструкционной стали работниками ВИАМ в авиастроение была внедрена сталь хромансиль, легированная однопроцентными добавками хрома, марганца и кремния, после термической обработки обладающая высокой прочностью и пластичностью, легко поддающаяся механической обработке. Эта сталь стала основным конструктивным материалом для самолетов КБ С. В. Ильюшина и А. Н. Туполева. В 1942 г. Б. В. Ерофеев и М. М. Гудимов создали первую советскую прозрачную броню на основе оргстекла. Также в 1942 г. был разработан и внедрен в производство новый метод изготовления заклепочной проволоки непосредственно на авиазаводах, что позволило обойтись без поставок проволоки со специализированных предприятий — важная инновация, если учесть, что при сборке одного фронтового бомбардировщика используется до миллиона заклепок. Крупные блоки для авиадвигателей стали отливать из алюминиевых сплавов, что на четверть повысило производительность литейных цехов и примерно на 20% понизило себестоимость готовых двигателей. Наконец, с 1943 г. впервые в мире началось массовое внедрение в авиапромышленности технологий изготовления конструкций крыла и фюзеляжа из открытых стальных профилей, а не из трубок, как ранее практиковалось. Это решение значительно повысило технологичность сборки, было хорошо адаптировано именно к поточным методам, вводившимся тогда в авиапромышленности. Ученые в течение всей войны оперативно откликались на замечания летчиков и конструкторов и помогали решать постоянно возникавшие технические проблемы. Так, во второй половине войны специалистам ВИАМ удалось довести до серийного производства протектированный топливный бак из фибры, а не из алюминия, какие делались ранее. Помимо экономии дефицитного сырья было спасено немало жизней летчиков. При попадании в металлический бак пуль и осколков, особенно при углах, отличных от нормали, рваные края пробоин не давали протектору затягивать их, что вело к утечке бензина и почти стопроцентному пожару. Фибра же при попадании в нее разрушалась без образования рваных дыр и заусенцев. 22 тыс. самолетов с этими баками, которые поставила на фронт промышленность, верой и правдой служили до Победы17. На переднем крае борьбы за качество и технологичность всю войну находились специалисты ЛИИ. С целью контроля качества продукции с 1942 г. на всех крупнейших авиазаводах создавались бригады инженеров и летчиков-испытателей, которые ежемесячно проводили мониторинг на соответствие качества выпущенных серийных машин эталонам. Для этого просто выбирали из очередной партии первый попавшийся самолет и проводили 3–5 полетов. Все выявленные дефекты немедленно устранялись, давались соответствующие рекомендации заводам, КБ и строевым частям.

Иногда многое зависело от мелочей. Так, в первый период войны, когда советская авиация почти вся оказалась на полевых грунтовых аэродромах, из частей потоком пошли жалобы на отказ оборудования и поломки. В результате длившихся несколько месяцев исследований оказалось, что виной всему были слишком тугие гидравлические амортизаторы шасси, рассчитанные на эксплуатацию бетонных, а не грунтовых взлетно-посадочных полос. Все решение заключалось в изменении давления жидкости в цилиндрах, зато боеспособность авиации была восстановлена. В другом случае нарекания летчиков, воевавших на истребителях С. А. Лавочкина, на постоянные перегревы двигателей позволили выявить ошибку производственников. Оказалось, что при сборке капотов и установке самих двигателей смещались относительно цилиндров мотора лопасти дефлекторов, призванные улучшить обдув головок цилиндров набегающим потоком воздуха. Казалось бы, совершенная мелочь, неизбежная при тех условиях труда и той рабочей силе, которой располагали советские заводы в военное время, но благодаря труду ученых и испытателей удалось спасти один из лучших советских истребителей и доброе имя его конструктора. Принципиально новым направлением в науке стали исследования по вопросам горения, выполненные коллективами лабораторий Института химической физики АН СССР, кафедры теории авиационных двигателей Казанского авиационного института (КАИ) и ОКБ главного конструктора моторостроительного завода С. Д. Колосова. Одной из таких совместных работ стала разработка форкамерно-факельного зажигания для авиационных двигателей, начатая в ноябре 1941 г. В ней участвовали от ИХФ АН СССР — профессор A. C. Соколик, научные сотрудники А. Н. Воинов, С. М. Когарко, от КАИ — C. B. Румянцев и инженеры М. Д. Ермолаев, A. A. Булавкин, Б. С. Виноградов, В. И. Домрачев, М. Х. Юсупов, В. И. Патин и другие, разработавшие несколько типов форкамер и специального оборудования. Форкамерная система зажигания давала двойной выигрыш: можно было форсировать мощность авиационного двигателя на номинальном и максимальном режимах и существенно улучшить экономичность за счет объединения смеси на крейсерских режимах, не боясь детонации. Первое улучшало взлетные качества самолета, его скороподъемность и маневренность, а второе увеличивало дальность полета. В дальнейшем исследования по форкамерному зажиганию были продолжены.