Наддув
В Соединенных Штатах Америки первые опыты по установке турбонаддува на авиационные двигатели провели в начале 30-х годов. Различные экспериментальные наддувы ставили на те или иные самолеты. Первым новый агрегат получил Consolidated Y1P-25 — двухместный истребитель, оснащенный рядным двигателем V-151 °Conqueror мощностью 600 л.с./448 кВт. Результаты проб были многообещающими, но 13 января 1933 года самолет попал в аварию. Повреждения были очень велики и самолет списали, как не подлежащий ремонту.
Но благодаря этому эксперименту стало ясно, что турбонаддув имеет большую перспективу, так как позволяет радикально улучшить работу двигателя на большой высоте. Но для того, чтобы наддув показал весь свой потенциал, требовалось еще два агрегата: мощный двигатель и винт с изменяемым шагом лопастей. Лишь соединение всех трех элементов давало хорошие результаты. Имелось также множество второстепенных факторов, влиявших на высотные характеристики самолета. Для примера можно назвать приспособленность кабины пилота к полетам на большой высоте. Как известно, на больших высотах царит вечный холод и очень разреженная атмосфера, поэтому для кабины требовалась печка, а саму пилоту — кислородный прибор.
Но главной задачей все же было довести наддув до рабочего состояния. Принцип действия наддува прост — с помощью турбины в карбюратор под давлением подается забортный воздух. Турбина приводилась в движение выхлопными газами. Наддув должен был поддерживать в карбюраторе давление, равное давлению на уровне моря. Благодаря этому двигатель на большой высоте работал с той же (или почти той же) мощностью, что и у земли. Производительность наддува прямо зависела от мощности двигателя, то есть чем большую мощность развивал двигатель, тем большее давление обеспечивал наддув. Обычно на одной оси с турбиной, вращавшейся выхлопными газами, находился центробежная вертушка. Нагнетаемый ею воздух через промежуточный радиатор подавался в карбюратор.
При небольших мощностях двигателя использование турбонаддува не давало заметного выигрыша. Но на моторах мощностью от 1000 л.с. выигрыш от применения наддува становился очевиден. Именно появление мощных моторов в середине 30-х годов прошлого века заставило ускорить работы над турбонаддувом. Лидером в области конструирования наддувов была корпорация General Electric, занимавшаяся этой работой с 1918 года. Эффективность турбонаддува была убедительно продемонстрирована в ходе гражданской войны в Испании. Оснащенные наддувами немецкие самолеты имели подавляющее преимущество на большой высоте. Американцы, следившие за событиями в Европе, решили обзавестись наддувом к двигателю Allison. Разумеется, прежде чем дело дошло бы до массового оснащения самолетов наддувами, следовало провести испытания прототипов. Таким прототипом стал самолет Consolidated PB-2А (Р-30) — двухместный, не слишком удачный самолет, однако имевший резервы для проведения модификаций. Весной 1936 года оснащенный наддувом самолет развил на высоте 7600 м скорость 443 км/ч.
Следующим шагом было установить наддув на современном истребителе с двигателем Allison, то есть на ХР-37.
XP-40 (Curtiss Н75Р) в первоначальном варианте. Видны модифицированные выхлопные патрубки.
Это же самолет после переделок. Видны закрытые обтекатели пулеметных стволов над двигателем.
Дальнейшие испытания
Первые полеты прототипа ХР-37 прошли успешно, но установленный наддув не оправдал возлагаемых на него надежд. Развить расчетную мощность на большой высоте не удавалось. Д. Берлин проводил постоянные совещания со специалистами из General Electric, желая выяснить возможность увеличить скорость вращения турбины. Увеличить скорость вращения в итоге удалось, что позволило мотору не терять мощность до высоты 3050 м. Однако для установки на серийные самолеты наддув не годился. Пилоту приходилось постоянно вручную регулировать его работу, учитывая массу факторов. Квалифицированный пилот с трудом справлялся с этой задачей в ходе испытательного полета. Требовать того же от недавнего курсанта в боевой обстановке было невозможно. Но это была не единственная проблема, с которой пришлось столкнуться конструкторам ХР-37. Другим серьезным недостатком самолета была сильная вибрация хвостового оперения при взлете и посадке. Взлет и посадка на ХР-37 и без того были трудной задачей из-за плохого обзора из кабины и высокой посадочной скорости. Вибрация в вертикальной плоскости ощущалась очень сильно, порой самолет снова поднимался в воздух, едва коснувшись земли. Еще одним недостатком самолета была тенденция к сваливанию при заходе на посадку. Возникал порочный круг: чтобы скомпенсировать сваливание, приходилось опускать хвост, но это, в свою очередь, приводило к росту вибрации.
Решить проблему со сваливанием и вибрацией пытались, обдувая модель самолета в аэродинамической трубе. Вскоре выяснилось, что во многом поведение самолета объясняется неудачной формой сопряжения передней кромки крыла и фюзеляжа. Последовала серия опытов, в ходе которых методом научного тыка определялась оптимальная форма сопряжения. Изучалось поведение самолета при разных углах атаки. Наконец, оптимальную форму сопряжения нащупать удалось. Любопытно, что по размерам новое сопряжение не отличалось от старого, но имело совершенно другой профиль. Однако полностью устранить сваливание и вибрацию не удалось. Другим «подозреваемым» был нос фюзеляжа. Его сечение плавно переходило от круглого в районе кока винта к овальному в районе передней кромки крыльев. Столь заметный изгиб вызывал завихрение воздушного потока при некоторых углах атаки. Снова начались испытания, в которых модель самолета обмазывали пластилином, пытаясь определить наиболее выгодную форму фюзеляжа.
