Испытания С-1
1 июня 1955 года в ЛИИ в г. Жуковский открылась летно-испытательная станция (ЛИС) завода №51 — сразу по завершении постройки С-1. После проверки агрегатов и систем самолет его под чехлами с соблюдением всех режимных норм и милицейским мотоциклетным эскортом в ночь с 15 на 16 июля 1955 года перевезли из Москвы на ЛИС.
Началась подготовка к летным испытаниям, испытательную бригаду возглавил ведущий инженер В.П. Балуев. Поскольку у ОКБ-51 еще не было своих летчиков-испытателей, для первых полетов на С-1 на время по договоренности с ВВС был приглашен А.Г. Кочетков из Государственного Краснознаменного научно-испытательного института Военно-Воздушных Сил (ГК НИИ ВВС), ранее уже испытывавший первый реактивный самолет П.О. Сухого Су-9 ("К"). Приказ об откомандировании летчика и испытательной бригады в ЛИИ был отдан 14 июля 1955 года.
22 июля произвели заправку самолета с проверкой топливной системы (тогда эта операция именовалась "проливкой") и опробование двигателя. 27 июля А.Г. Кочетков на С-1 выполнил первую рулежку. Затем последовали новые пробежки уже с отрывом носового колеса, но, несмотря на отсутствие замечаний, решение о первом полете все откладывалось, поскольку не были готовы все необходимые разрешающие бумаги о готовности всех систем машины. 6 сентября П.О. Сухой направил в МАП заявку на первый полет С-1, но события следующего дня внесли свои коррективы.
7 сентября планировалась очередная рулежка с небольшим подлетом для опробования органов управления, но, как только машина оторвалась от полосы, она неожиданно взмыла вверх. Летчику ничего не оставалось делать, как помочь оказавшейся очень "летучей" машине. На земле услышали запрос летчика: "Разрешите взлет?", на что последовал ответ: "Чего спрашиваешь, ты уже летишь!"
Впоследствии Кочетков рассказывал:
"Дал полностью обороты двигателю, разогнал самолет до скорости отрыва, оторвав его от полосы. И тут произошло неожиданное. Самолет вместо небольшого отрыва от полосы сам поднялся на высоту не менее 15 метров. Я немедленно убрал обороты двигателя, но сразу понял, что полосы для посадки уже не хватит и самолет будет разбит. В голове мгновенно созрело решение: надо спасать самолет, уйдя в воздух, приняв ответственность за самовольный вылет на себя. Увеличил обороты двигателя до максимальных и начал набор высоты, но управлять самолетом было трудно из-за малых нагрузок на ручку. Чтобы загрузить управление самолетом, надо включить дополнительную пружину на ручке. Сделать это в непосредственной близости от земли, в режиме раскачки, не удалось. Тогда поднялся на высоту 50 метров. Включилась дополнительная нагрузка на ручку управления — и самолет сразу прекратил раскачку".
Увеличив до максимальных оборотов тягу ТРД, А.Г. Кочетков продолжил полет. Сделав полет по кругу, С-1 совершил посадку. Летчику приказом по заводу была объявлена благодарность за "принятие правильного решения при испытаниях самолета" и выдана премия в размере месячного оклада.
- летчик-испытатель ГК НИИ ВВС А.Г. Кочетков, выполнивший 7 сентября 1956 года первый полет на С-1.
Первый этап заводских испытаний С-1, оснащенного бесфорсажным ТРД АЛ-7, был завершен 23 января 1956 года. К этому времени машина выполнила 11 полетов и налетала четыре часа и пять минут. Невысокий темп работ объяснялся проблемами с двигателем, который дважды пришлось менять на новый. Тем не менее, удалось перейти звуковой барьер в горизонтальном полете и определить основные характеристики устойчивости и управляемости самолета. По ходу испытаний вносились доработки в конструкцию, так, тормозные щитки были заменены на новые без перфорации, поскольку возмущения потока в многочисленных отверстиях вызывали тряску хвостовой части.
Тогда же А.Г. Кочетков был отозван в ОКБ С.А. Лавочкина для испытаний перехватчика Ла-250. На свое место он порекомендовал летчика-испытателя В.Н. Махалина из истребительного отдела ГК НИИ ВВС.
- летчик-испытатель истребительного отдела ГК НИИ ВВС В.Н. Махалин.
Назначение новичка поначалу было встречено без энтузиазма - слишком молод был летчик, к тому же по характеру веселый и острый на слово парень не производил должного впечатления, и ему пришлось подтвердить знание матчасти, сдавая зачеты по системам самолета заместителю главного конструктора Е.С. Фельснеру. На деле Махалин был грамотным летчиком с немалым опытом испытательной работы, к тому же успел повоевать в Корее, где имел на счету сбитый самолет противника (к слову, в боевых действиях он участвовал в составе группы испытателей ГК НИИ ВВС, имевших задачей охоту за тем самым "Сейбром" с целью захвата трофея). Прежде Махалин участвовал в испытаниях микояновских и яковлевских истребителей.
Свои первые впечатления от С-1 он вспоминал в следующих выражениях:
"Он показался мне слишком большим для истребителя. Наверное, раза в полтора больше МиГ-19, на котором я до этого летал. Удивило и очень высокое шасси. От этого кабина оказалась на уровне второго этажа. Без стремянки в неё не заберешься".
Тем временем моторостроители подготовили летный экземпляр двигателя АЛ-7Ф ("изделие 21") с форсажной камерой и регулируемым двухпозиционным соплом. Тяга двигателя на максимале составляла 6 850 кг, а на форсаже 8 800 кг. Для испытаний нового двигателя была задействована только что подготовленная летающая лаборатория на базе Ту-16. Кстати, инициатива об использовании в качестве летающего стенда Ту-16, обеспечивающего много большие возможности, чем ранее применявшийся Ту-4, исходила от А.А. Микулина. Приказ по МАП №663 о переделке Ту-16 вышел 26 октября 1954 года, а к середине апреля доработанную машину передали в ЛИИ.
Первым двигателем, испытанным на этой летающей лаборатории, стал АЛ-7Ф. Согласно приказу МАП №452 от 12 июля 1955 года для его отработки в воздухе было произведено переоборудование самолета-носителя, завершенное к 1 сентября. Дальнейшая отработка двигателей осуществлялась с использованием и других летающих лабораторий Ту-16, число которых достигло десятка. Испытываемый двигатель подвешивался на пилоне в гондоле (она была общей для различных ТРД определенного типоразмера) и в полете выпускался в поток с помощью гидравлики подвижного механизма. Попутно оценивалась работа агрегатов двигателя - генераторов, гидравлических насосов и прочих систем), для чего они подключались к соответствующим эквивалентам внешней нагрузки, имитирующим реальные полетные режимы работы.
В январе 1956 года самолет С-1 вернули на завод для переоборудования, завершенного в начале марта. Ввиду существенно большего поперечного размера АЛ-7Ф потребовалось фактически заново изготовить хвостовую часть фюзеляжа.
В первый ознакомительный полет, состоявшийся 28 марта 1956 года, Махалина выпускал Кочетков. Уже через два дня был выполнен полет со включением форсажа. На форсажном режиме самолет легко разогнался до скорости 1,3-1,4 Маха. Еше один шаг, и был взят барьер в 1,7 Маха. Теперь испытатели замахнулись на две скорости звука! В каждом новом полете для уменьшения риска потерять единственную опытную машину скорость увеличивали постепенно, на 0,1 Маха. 9 июня самолет достиг скорости в 2 070 км/ч (М = 1,96). Преодоление рубежа в 2 000 км/час стало существенным событием, в том числе и в негласном соревновании с коллегами из микояновского ОКБ-155, чьи прототипы так и не достигли этой скорости (у Е-2А предельная скорость ограничивалась 1 900 км/час, у Е-4 — 1 970 км/час). Достижения С-1 стали заметным в МАП событием, укрепившим позиции молодой фирмы Сухого.
Вскоре первым суховским истребителям довелось пройти в одном строю с миконяовскими машинами. Руководство авиапрома получило поручение правительства представить новинки советской авиационной техники на очередном воздушном параде над Тушино. Событие замышлялось грандиозным, с приглашением западных дипломатов и пребывавшего с визитом в СССР начальника штаба ВВС США генерала Твайнинга, которых надлежало поразить демонстрацией воздушной мощи. С этой целью практически все ОКБ получили задание готовить имевшиеся новинки, пусть даже наличествовавшие в единственном экземпляре. От Сухого выставлялись С-1 вместе с опытным образцом перехватчика Т-3, единственные летавшие к тому моменту машины ОКБ. Показу на параде предшествовали пять испытательных полетов по отработке демонстрационной программы, причем одновременно в строй испытателей вводился еще один летчик - Г.И. Коровушкин, специально направленный из ГНИКИ ВВС для этой цели. Он и вёл С-1 на параде, в то время как Махалин пилотировал Т-3.
С-1 и Т-3 вместе с микояповскими самолетами прошли над Тушинским аэродромом 24 июня 1956 года. Самолеты шли одной группой, потоком с небольшими интервалами: лидировали "стреловидные" Е-2 и С-1, следом летели "треуголки" Е-4 и Е-5 и замыкал строй Т-3. Пронесясь над зрителями на высоте всего в сотню метров, истребители на скорости под 1 000 км/час с крутым набором высоты ушли вверх. Как называются показанные самолеты, тогда не знал и сам комментатор, но было озвучено, что "в воздухе находятся новейшие истребители конструкции Сухого". Пролет новых самолетов явился заметным событием, засвидетельствовавшим в том числе и не афишировавшийся до того факт возрожления ОК Б П.О. Сухого.
Дальнейшие испытания шли отнюдь не гладко. Постепенно наращивая скорость, оценивали поведение машины, прочность и управляемость на высоких сверхзвуковых скоростях. Эта область была зоной неизведанного - достаточно сказать, что С-1, преодолевший рубеж в 2 000 км/час, летал без малого на сотню километров в час быстрее недавнего рекорда американцев. В одном из полетов подвела прочность закрылка, для экономии веса выполнявшегося с применением неметаллических материалов с креплением обшивки на клею. Выполнявший полет Махалин почувствовал удар позади, после чего самолет резко бросило в крен.
"Выключил форсаж, разгон прекратился, крен парировал, иду на посадку, выпустил шасси, потянулся выпускать закрьики, но мне как будто кто-то говорит: "Не трогай закрылки!" Сел, не выпуская закрылки. Заруливаю на стоянку, отвязываю ремни, вылезаю из кабины. Е.С. Фельснер стоит у правого крыла и качает головой. Смотрю: так вот почему в крен бросило! Обшивка закрылка сорвана, и торчат оголенные нервюры. Если бы при посадке выпустил закрылки, самолет мог бы перевернуться на спину. Всё хорошо, что хорошо кончается".
С композитной конструкцией закрылка, у которого обычный силовой набор заменял пенопластовый блоке продольными усиливающими элементами в виде дюралевых стенок толщиной 0,3 мм и поперечных фанерных нервюр, оклеенных тоненькой алюминиевой обшивкой, пришлось расстаться. Такой агрегат был достаточно жестким и очень легким, но клееное исполнение требовало качественных материалов и точного соблюдения технологии, за что в отечественных условиях не всегда можно было поручиться. Конструкцию заменили на более привычную клепаную (ту же, что и у элеронов, изначально цельнометаллических). Сухой, ратовавший за перспективные решения,
был недоволен допущенным "отступничеством", заметив — "Снова дали победить консерватизму".
С выходом на скорости, близкие "двум Махам", начались сбои в работе силовой установки. Проблема явилась неожиданной и обескураживающей, поскольку наука никак не предвидела возникавших явлений помпажного характера, когда двигатель буквально захлебывался неравномерным потоком. Летчиком помпаж воздухозаборника воспринимался как "бубнение", перераставшее в грохочущие хлопки в канале воздухозаборника, сопровождавшиеся тряской носовой части фюзеляжа, а также периодическими изменениями тяги двигателя. Воздухозаборник самолета был оснашен подвижным конусом, имевшим два положения — дозвуковое и сверхзвуковое, однако реальная картина возникновения скачков уплотнения на входе оказалась сложнее. Впрочем, подобная наивность представлений блекнет перед тем, что у перехватчика Т-3, предназначавшегося для полетов со скоростью за две звуковых, воздухозаборник поначалу имел вовсе не регулируемую конструкцию.
Встретившись в одном из полетов с помпажом, Махалин описывал его как "взрывы и дикий скрежет, будто случился отрыв лопаток". Выключив форсаж, он сбросил скорость и помпаж прекратился. Следующий вылет закончился тем же. Стало ясно, что полеты на достижения максимальной скорости придется прекратить до выяснения причин, вызывающих помпаж и разработки средств его преодоления.
Разрешением ситуации занимались одновременно самолетчики и двигателисты. Причину выявили сразу, установив зависимость расположения скачков уплотнения от положения конуса. При достижении определенного числа Маха конус выдвигался вперед, уменьшая проходное сечение и сдвигая скачки уплотнения, но те садились на воздухозаборник неудачным образом, приводя к рассогласованию работы воздухозаборника и двигателя. Волны давления "гуляли" на входе в двигатель, ударами грозя разрушить лопатки компрессора, из-за неравномерности потока тут же начинался резкий рост температуры перед турбиной с риском прогара лопаток, их вырывом и пожаром. Решением в дальнейшем явилось внедрение автоматики регулирования входного устройства - электронной системы управления воздухозаборником ЭСУВ-1, которая плавно изменяла положение конуса в зависимости от высоты и скорости полета. Одновременно сотрудник ЦАГИ Р.А. Майков предложил избавить ротор двигателя от срывных явлений, организовав кольцевой перепуск воздуха над первой ступенью компрессора. Тем самым скачки давления сглаживались, избавляя двигатель от помпажных явлений.
Реализация всех этих решений, однако, заняли определенное время. Не меньше проблем доставляли хлопоты с самим двигателем АЛ-7Ф, при всей уникальности характеристик страдавшем массой недостатков, мизерным ресурсом и массой ограничений по режимам работы. Приказом министерства авиапромышленности от 20 сентября 1955 года заводу №45 было дано задание приступить к выпуску малой серии двигателя АЛ-7Ф. Ко времени развертывания выпуска двигатель, не прошедший еще Госиспытаний, оставался весьма "сырым" и не готовым к серийному производству. Для завода двигатель выглядел абсолютно новым изделием, не имевшим ничего общего с уже выпускавшимся и хорошо освоенным в производствс ВК-1Ф. по которому завод даже регулярно перевыполнял плановые задания. Дневной выпуск достигал 12-15 единиц, и за тот же 1955 год предприятием были произведены 3 914 двигателей типа ВК-1! Для облегчения задачи с завода №45 сняли задания по освоению другой новой продукции, в том числе "родных" для него изделий конструкции В.Я. Климова. В помощь заводу №45 подключили другой московский моторный завод №500, на котором первоначально и планировалось производить АЛ-7Ф, но тот затянул производство важнейших комплектующих для нового двигателя, и к середине 1956 года сумел освоить только выпуск узлов турбины и соплового аппарата.
В интересах быстрейшего налаживания работ по АЛ-7Ф главным конструктором заводского ОКБ-45 был назначен Э.Э. Лусс, один из ближайших сотрудников Люльки. Туда же из ОКБ-165 была откомандирована группа опытных инженеров. Сохранявшееся задание на двигатели типа ВК-1, которыми оснащались тогда едва ли не все основные самолеты фронтовой авиации, от МиГ-15 и МиГ-17 до Ил-28, было откорректировано с уменьшением плана вдвое. Несколько раз урезался и план по выпуску АЛ-7Ф. На 1956 год заводу ставилась задача сдать 54 двигателя АЛ-7Ф, но и этот план выполнить не удалось ввиду постоянно вносившихся изменений в конструкцию и ограниченности собственной производственной базы для работ по новому сложному изделию. Не хватало необходимых станков и оборудования, дефицит которого по минимуму оценивался в 579 единиц, даже испытательные стенды заводу пришлось отдать в распоряжение ОКБ-165, продолжавшего доводку двигателя. Что касаггся изменений АЛ-7Ф, то в течение года завод получил 2 212 корректировок конструкторской и технологической документации. Трижды кардинальным образом менялась конструкция камер сгорания, полностью были перепроектированы форсунки и коллектор форсажной камеры.
К концу года удалось изготовить четыре десятка изделий, но сдать заказчику смогли лишь шесть. На следующий год запустил в производство более ста комплектов, но из-за множественных дефектов большинство АЛ-7Ф были возвращены предприятию-изготовителю со штрафными санкциями, а приемка последующих в декабре 1956 года была прекращена заказчиком. К началу 1957 года на заводе находились 36 двигателей, не принятых военной приемкой или некомплектных. Имели место неоднократные случаи разрушения лопаток соплового аппарата, изготовлявшихся из новой жаропрочной стати ЖС-6 со своей технологией. Все комплекты, производившиеся по кооперации заводом №500, пришлось браковать и возвращать на переделку.
Пока ученые и конструкторы боролись с помпажом и повышали надежность двигателя, самолет прошел испытания на штопор. В одном из таких полетов сразу после начала штопорения неожиданно заглох двигатель. Махалин спас С-1, впервые посадив его без двигателя. Причиной заглохания были малые запасы устойчивости, что при повышенных углах атаки и срыве потока в воздухозаборнике препятствовало нормальной работе ТРД (впрочем, при недостаточном количестве проходящего воздуха риск сжечь двигатель и без того требовал его выключить сразу после попадания в штопор). Следующие полеты показали, что для вывода самолета из нормального и перевернутого штопора достаточно поставить ручки и педали в нейтральное положение, после чего машина без заметного запаздывания через несколько секунд прекращала вращение и переходила в пикирование.
После определения причин, вызывающих помпаж, самолет был доработан установкой в воздухозаборнике подвижного конуса новой конфигурации, чем было достигнуто более равномерное течение воздушного потока в канате воздухозаборника. Это решение, как выяснилось в дальнейшем, не полностью устранило проблему, но все же позволило рассчитывать на еще большую максимальную скорость полета. Вскоре С-1 достиг скорости в 2 170 км/ч (М=2,03) и впервые в СССР превысил две скорости звука.
Событие было настолько замечательным, что пилотировавшего самолет в этом полете Махалина стали звать "Махом". Следует отметить, что на этот момент официальный мировой рекорд скорости на базе 15-25 км, зарегистрированный ЕА1, составлял "всего" 1 822 км/ч и был установлен 10 марта 1956 года на английском экспериментальном самолете "Фейри" РО-2. Однако из-за недостатков двигателя, недодававшего тяги (в том числе и из-за оснащения его для борьбы с помпажом лентами перепуска за четвертой и пятой ступенями компрессора), это было скорее исключение, чем правило, поскольку в дальнейшем большинстве полетов максимальную скорость ограничили числом М=1,83. Тем не менее впечатляющим стал факт беспрецедентного достижения самолетом скоростей, на целых 370 км/ч превышающих заданные!
- опытный С-1 на аэродроме НИИ МАП, 1956 год.
Под впечатлением достигнутых результатов в ноябре 1955 года — еще до начала Госиспытаний — руководство отрасли распорядилось начать подготовку к запуску С-1 в серию. Главный конструктор П.О. Сухой "за выдающиеся заслуги в области авиационной техники" в 1956 году был награжден орденом Ленина. В следующем году его статус был повышен до Генерального конструктора.
Десять месяцев испытаний выявили не только положительные стороны машины. Продолжал давать знать о себе помпаж, двигатель АЛ-7Ф был еще очень "сырым" и имел мизерный ресурс. Кроме того, расходные характеристики ТРДФ оставляли желать лучшего, объем топливных баков С-1 для него был явно недостаточным. В результате требуемую ТТТ ВВС дальность полета получить не удавалось.
Задерживалось представление самолета на Госиспытания, на которые его следовало передать еще в марте 1955 года.