Николай Скляров
Заслуженный деятель науки, профессор ВИАМ

    Даже на фоне современных научных и технических разработок штурмовик Ил-2 смело можно отнести к выдающимся достижениям инженерной и конструкторской мысли нынешнего столетия. Легендарный «летающий танк» («черная смерть», как называли его немецкие солдаты) занял достойное место в истории оружия, встав в один ряд с лучшим танком Второй мировой войны Т-34 и знаменитой «Катюшей». Своими выдающимися боевыми качествами Ил-2 целиком обязан авиационной броне, создание и применение которой совершило поистине переворот в истории мировой авиации. Сегодня в это трудно поверить, но предложение создать для самолета броневую защиту вызвало в свое время острые дискуссии и даже категорические возражения.

    Как это начиналось

    В 1934 году в составе ВИАМ под руководством технического руководителя института профессора Ивана Ивановича Сидорина была создана так называемая броневая группа, в которую вошли молодые инженеры Сергей Кишкин и Николай Скляров, уже имевшие некоторый опыт разработки брони для плавающих танков. Теперь предстояло разработать надежную защиту военных самолетов от растущей поражающей мощи стрелкового оружия, в частности, нового скорострельного авиапулемета типа «ШКАС». Решение задачи предполагало не только знание проблем металловедения, но и всех особенностей тактики ведения воздушного боя. Расчеты и эксперименты показали, что броня, способная выдержать бронебойную пулю авиапулемета, должна была весить не менее 100 кг/м², что делало самолет мало-маневренным. Необходимо было создать более прочную и вязкую сталь, найти оптимальное инженерно-конструкторское решение для ее обработки и рационального использования.
    Изучение тактики воздушного боя показало, что самолет наиболее уязвим при атаке сзади (в хвост) в диапазоне углов около 30^о, поэтому в первую очередь надо было защитить кресло пилота. Созданная броня хорошо работала при отклонении пули от нормали. Поэтому целесообразно было сделать броневую спинку переменной по толщине: в центре толще, чем по краям. Для этого броневой группой ВИАМ совместно с заводом «Серп и молот» была разработана технология проката листов переменной толщины.
    Так были получены спинки (рис. 1), защищавшие пилотов, при массе немного более 20 кг. Казалось бы проблема решена! Но увы, главные авторитеты – А. Н. Туполев, В. М. Петляков, С. А. Лавочкин – категорически воспротивились включению бронеспинок в конструкцию самолетов. Они считали, что главный фактор победы в воздушном бою – маневренность, скорость, высота, мастерство и боевой настрой пилота. А бронеспинка – это лишняя тяжесть, это потерянный боекомплект, изменение центровки и, наконец, главное – это пассивная защита, которая может снизить эффективность активной.
    Но время все расставляет на места. Воздушные бои в небе Испании показали правоту И. И. Сидорина. Пулеметный огонь был столь интенсивен, что пилоты оказались обреченными и вынуждены были сами позаботиться о своей защите. Майор П. Н. Шустов вырезал из брони трофейного итальянского бронекатера подобие спинки (понятия не имея о московских работах), установил на своем самолете и еще несколько изготовил для своих товарищей. Прошло немного времени, и он уже демонстрировал на самодельной броне следы пуль, а это означало и спасенные жизни.
    Вопрос о практическом применении авиаброни решался на совещании у наркома К. Е. Ворошилова, где выступили ученые ВИАМ и вызванный с испанского фронта майор П. Шустов. Первая партия бронеспинок была менее чем за 2 месяца изготовлена под личным контролем Главкома ВВС Я. В. Смушкевича, отправлена в Испанию и отлично показала себя в боевых условиях.

С П Р А В К А Ил-2 (усовершенствованная модификация – Ил-10) – первый в истории авиации штурмовик с усиленным бронированием. Вооружение и боевая нагрузка: 2 пушки, 3 пулемета, 400 кг бомб. Экипаж 2 человека. Максимальная скорость 550 км/ч, дальность полета – до 765 км. Во время Великой Отечественной войны советскими заводами было построено более 40 тыс. самолетов этого типа, что почти в 8 раз превосходит общее количество выпущенных истребителей всех типов.

    Гениальная догадка Ильюшина

    Воздушные сражения в Испании показали, что боевая авиация может не только наносить бомбовые удары, но и поражать технику и живую силу противника орудийно-пулеметным огнем на линии фронта. Здесь огонь еще более интенсивен и, главное, он встречный – т. е. необходимо защитить фюзеляж. Эту задачу попытались решить конструкторы А. И. Микоян и Г. Г. Гуревич. Подражая навешиванию бронеспинок, они ввели внутрь фюзеляжа мозаику плоских броневых плит и сохранили аэродинамический контур обычной конструкции. Таким образом броня, как и бронеспинки, оказалась лишним грузом, только в десятки раз большим. Самолет получился защищенным, но... лишенным боевой мощи, так как броня отобрала вес у вооружения.
    Этот неудачный опыт учел Сергей Владимирович Ильюшин. Он предложил сделать броню органичным элементом конструкции самолета, т. е. бронировать фюзеляж, имеющий, как известно, довольно сложную аэродинамическую конфигурацию (рис. 2).

    Известно, что ранее во всех конструкциях, где применялась броня – морские суда, танки, инженерные сооружения и пр., – использовались только линейные поверхности: плоские плиты или гнутые и выправленные на валках цилиндрические. Броневая сталь приобретает стойкость против пуль и снарядов при закалке в жидкой ванне с температурой около 1000 ^оС. При быстром охлаждении плиты очень сильно коробятся. Например, радиус бронеспинок при закалке изменялся на 50 – 70 мм. Но для спинок это допустимо, а для деталей фюзеляжа отклонения не должны превышать 0,5 мм. Считалось, что изготовить из брони детали аэродинамических контуров, т. е. профилей двойной кривизны, принципиально невозможно.
    Оригинальные конструкторские решения С. В. Ильюшина базировались во многом на результатах исследований броневой группы ВИАМ, которая разработала броню ЭБ-1, а также технологию штамповки и термообработки деталей двойной кривизны с выполнением всех требований по точности контуров. В 1940 году было изготовлено 2 опытных броневых корпуса фюзеляжа на Подольском заводе им. Орджоникидзе.
    Идея бронирования фюзеляжа первоначально встретила резкое сопротивление производственников. Руководители основных заводов, выпускающих броневые конструкции, – Ижорского и Колпинского – категорически отказались производить бронекорпуса, считая этот проект опасной авантюрой. В письме на имя И. В. Сталина утверждалось, что проект Ильюшина совершенно нереален и неприемлем для производства из-за невозможности удовлетворить требования по точности при закалке аэродинамических контуров. В то весьма непростое время такие утверждения грозили серьезными последствиями.
    Окончательная точка в этой истории была поставлена, когда специальной комиссии были представлены два корпуса, изготовленные на Подольском заводе по технологии ВИАМ и принятые военной приемкой.
    В оправдание директоров предприятий следует признать, что из имевшихся в их распоряжении сталей по действующей технологии возможность изготовления корпусов заданной конфигурации действительно исключалась.

    Чудо или техническое достижение?

    Известно, что в процессе закалки тонких стальных пластин обеспечить равномерное по всему сечению протекание структурных превращений при ускоренном охлаждении (сотни градусов в секунду) практически невозможно. Для предотвращения коробления необходимо, чтобы превращение структуры происходило в течение длительного времени, под штампом, что позволило бы выровнять возможную неоднородность. Для этого необходимо максимально снизить температуру превращения структуры. Броневой группе ВИАМ удалось создать сталь, содержащую хром, никель, молибден, магний, у которой температура замедленного превращения была около 280 ^оС. Таким образом оказалась возможной уникальная технология: нагретая до 900 ^оС плита погружалась в масляную ванну, извлекалась из нее при 280 ^оС, помещалась под штамп, где одновременно с приданием плите заданного аэродинамического контура происходило аустенитно-мартенситное превращение. При этом предел прочности повышался до 205 кгс/мм² при отличной ударной вязкости и пластичности.
    В наши дни все это хорошо известно, но тогда такую технологию считали безумной. В цехе Подольского завода отказывались класть охлажденную деталь под штамп, опасаясь, что она разрушится и разлетевшимися осколками покалечит присутствующих. Пришлось автору собственноручно бить кувалдой по плите, показывая, что она послушно вминается в штамп. Готовые детали фюзеляжа почти трехметровой длины своей удлиненной формой напоминали гигантских рыб и получили прозвище «акула». К концу 1941 года, и это в тяжелейших условиях военного времени, выпуск комплектов деталей броневых корпусов достиг 900 шт. в месяц.
    Современного металловеда использованием изотермического превращения аустенита не удивишь, но шестьдесят лет тому назад это было новое слово в науке, а о применении его для штамповки никто и не помышлял. Да и до сих пор неизвестны другие подобные примеры. Конечно, деформация переохлажденного аустенита требует значительно больших давлений и неэкономична. Только специфика и высокие требования точности тонких аэродинамических контуров оправдали ее применение.
    В истории авиационной брони создание броневой стали и технологии изготовления броневого фюзеляжа составляет не единственную славную страницу. Для более совершенной модификации штурмовика Ил-10 была создана экранированная система бронирования стрелка. В ней впервые был реализован принцип активной брони, состоящей из двух элементов: первого экрана, дробящего пулю, и второго – энергоемкого, поглощающего кинетическую энергию осколков пули и обломков экрана. В Ил-10 эта экранированная система выдерживает снаряд калибра 200 мм типа ОФЗ немецкой авиационной пушки «Эрликон» (рис. 3).

    Продолжение следует...

    Принципы бронирования боевой авиатехники успешно разрабатывались металловедами ВИАМ и в послевоенные годы. Штурмовики продолжали сохранять свое значение, и для них ВИАМом была создана броня из титана, весьма успешно показавшая себя в боевых операциях Су-25.
    Штурмовик Су-25 имел свою особенность. Его цельноброневая кабина была сварной и рассчитана в основном на отражение снарядов под углом. При попадании под углом не обязательно погасить скорость, но достаточно изменить угол траектории и снаряд улетит, не причинив ущерба в соответствии с явлением рикошета. Были установлены закономерности, связывающие различные параметры, и найдено, что оптимальное их сочетание может быть получено не на стали, а на титане. Был разработан высокопрочный хорошо свариваемый титановый сплав АБВТ20.
    Прошло полвека. Появились новые материалы: высокотвердая керамика, сверхпрочное органическое волокно и др. Изменилась стратегия и тактика авиации. Появился новый объект воздушного бронирования – вертолеты. Для них еще в 70-е годы впервые в мире ВИАМ создал комбинированную броню с высокотвердым керамическим экраном, дробящим пулю, и энергоемкой подложкой из пластика. Эта броня марки АБ73 была вдвое легче стальной и явилась пионером принципиально нового типа броневых систем, которые находят все большее распространение в последние годы. В ней более полно реализовался принцип активности. Если раньше этот принцип в основном сводился к разрушению пули за счет дробящего эффекта, то теперь к нему добавились два других, весьма эффективных: диссипативный и кинетический. Было установлено, что в зависимости от свойств материалов в первом элементе броневой системы – экране импульс может быть рассредоточен – диссипирован на больший или меньший объем. При этом чем больше будет этот объем (масса), тем большая часть импульса пули будет поглощена экраном, тем меньше останется у пули кинетической энергии, тем, следовательно, тоньше (легче) может быть сделан второй элемент системы – энергоемкая подложка (рис. 4). Для оптимальной реализации указанных трех принципов потребовалось привлечь современные керамические материалы, создать новые вещества на базе оксидов, боридов, нитридов, интерметаллидов и т. п.

    Борьба средств поражения и защиты, снаряда и брони, меча и щита сопровождает человечество на протяжении всей его истории. Одну из ярких страниц этой летописи занимают уникальные работы Всероссийского института авиационных материалов в деле создания авиаброни.