«…Кризис 1922–1923 гг. с истребителями заставил нас инициативно взяться за разработку истребителя под мотор Либерти 400НР. На выбор монопланной схемы весьма сильно повлияло знакомство с германским трофейным самолетом Ю-20 — две штуки, кои были нами захвачены еще в 1920 г. в Гомеле. К этому времени мы уже имели кое-какую германскую авиалитературу: Фукс-Хонора, ряд справочников».
В воспоминаниях, написанных спустя двадцать лет, Николай Николаевич допустил одну неточность: в Гомеле были захвачены разведчики-низкопланы Юнкерс С-1, а не построенные в 1922–1923 гг. Ю-20. Отметим, что Поликарпов знакомился еще и с конструкцией германского металлического истребителя Юнкерс D-1, один экземпляр которого был захвачен частями Красной Армии в Прибалтике в 1919 г. Изучение «Юнкерсов», доставленных на Центральный аэродром, само по себе являлось хорошей школой для наших инженеров: оригинальными были их металлическая конструкция, гофрированная дюралюминиевая обшивка, узлы, агрегаты, оборудование. Немецкая техника оказала большое влияние на творчество многих конструкторов, включая и А. Н. Туполева.
Работы над истребителем начались с глубокого изучения материалов по уже построенным и испытанным самолетам, начиная со времен Первой мировой войны, и в первую очередь по машинам, выпущенным заводом «Дукс». «С осени 1922 года я начал подготавливать материалы по конструированию одноместного истребителя под мотор Либерти и предполагал с февраля 23 г. приступить к постройке», — писал Николай Николаевич в своей автобиографии.
Новый истребитель проектировался одновременно по двум схемам — истребителя-моноплана и биплана. Моноплан, как схема тогда еще мало исследованная, требовал гораздо более глубокой проработки и, следовательно, времени. Биплан же мог быть реализован быстрее. Поэтому вначале, не прекращая проектирования моноплана, Николай Николаевич сосредоточил основные усилия на истребителе-биплане. В конце 1922 г. первые наброски машины под руководством Н. Н. Поликарпова выполнил инженер А. А. Крылов.
В середине 1922 г., после подписания ряда торговых и экономических соглашений, из Германии стали поступать книги и статьи с результатами проводимых там в 1914–1921 гг. исследований по аэродинамике толстых профилей крыла. Немцам с помощью многочисленных экспериментальных и теоретических исследований удалось разработать удачные плоско-выпуклые и двояковыпуклые профили, обеспечивающие лучшие несущие характеристики и меньшее сопротивление, чем английские и французские. Срыв потока с верхней поверхности наступал на более высоких значениях углов атаки и развивался медленней. Все это сулило большую выгоду от использования таких профилей, повышало летные характеристики машин, упрощало пилотирование. Николай Николаевич с интересом ознакомился с полученными материалами. Они были для него как откровение. ЦАГИ ведь еще только разворачивал создание экспериментальной базы. Многое в немецкой трофейной и закупаемой авиационной технике становилось понятным. Новые научные идеи всегда оказывали стимулирующее воздействие на развитие авиации.
В декабре 1922 г. на заводе «Дукс» было образовано конструкторское бюро, что облегчило решение ряда организационных вопросов, важных для проектирования новых конструкций.
18 марта 1923 г. НТК ВВФ выпустил Технические требования к одноместным истребителям под моторы «Испано» (300 л.с.), «Либерти» (400 л.с.), «Нэпир» (420 л.с.), согласно которым максимальная горизонтальная скорость на высоте 2000 м должна быть равной 230–250 км/ч, время набора высоты 2000 м — 5,5–6,5 мин, продолжительность полета — 2,5 ч, потолок — 8000 м. Самолет должен быть вооружен двумя синхронными пулеметами. Отмечалась желательной установка еще одного пулемета на крыльях.
К этому времени Н. Н. Поликарпов уже завершил создание предварительного проекта истребителя-биплана, близкого по схеме к самолету-разведчику Р-1 с мотором «Либерти». Он представлял собой как бы уменьшенный в размерах Р-1. По-видимому, преследовалась цель в максимальной степени унифицировать Р-1 и новый истребитель, что должно было значительно упростить и удешевить производство. Работы над предварительным проектом истребителя-моноплана продолжались.
Однако 6 февраля 1923 г. Н. Н. Поликарпов был освобожден от исполнения обязанностей начальника технического отдела ГАЗ № 1 и переведен на должность ответственного конструктора и одновременно заместителя начальника Конструкторской части Главкоавиа вместо Д. П. Григоровича, который назначался техническим директором завода.
Грустный штрих той эпохи: как ответственному работнику, Поликарпову выделили специальный билет на право пользования лифтом в здании Главкоавиа.
Николай Николаевич, вступив в должность, должен был заняться выполнением не реализованных Д. П. Григоровичем пунктов технического задания конструкторской части, главное из которых — разработка нового истребителя.
Н. Н. Поликарпов перевез в Главкоавиа все предварительные проекты истребителей. Для их разработки требовалось выполнить уточненные расчеты, спроектировать основные узлы и агрегаты. Проект моноплана, который сам Н. Н. Поликарпов считал более перспективным, не встретил поддержки у начальника конструкторской части Гончарова, утвердившего в качестве основного направления деятельности создание истребителя-биплана.
Николай Николаевич в служебное время вынужден был заниматься лишь этим проектом, уделяя свободные вечера моноплану.
В середине марта 1923 г. ему удалось собрать и объединить коллектив единомышленников, считавших, как и он, схему истребителя-моноплана прогрессивной. Все они, днем работая на разных предприятиях, вечером собирались на квартире у Николая Николаевича и в инициативном порядке занимались созданием новой машины, положив в основу предварительный проект Н. Н. Поликарпова. Обязанности между конструкторами распределились следующим образом. Расчеты выполняли инженеры, имеющие высшее образование. Специалисты со средним образованием разрабатывали конструкцию узлов, всю необходимую чертежную и технологическую документацию.
Сам Николай Николаевич вел общий аэродинамический расчет самолета, рассчитывал крылья и оперение, разрабатывал конструкцию крыльев. И. М. Косткин проводил расчеты фюзеляжа и шасси, разрабатывал конструкцию фюзеляжа и управления. В. А. Тисов занимался конструкцией радиатора, Н. П. Тряпицын — хвостовым оперением, И. Д. Тряпичников — баками, В. Я. Яковлев — рамами (шпангоутами) фюзеляжа. Проверочные расчеты вел исполнительный и педантичный В. Д. Яровицкий. Несколько позже к коллективу присоединились А. А. Попов, А. А. Саввиных. И. И. Барановский, Ю. Г. Музалевский.
«Работа страшно захватила нас», — вспоминал Николай Николаевич.
Темпы создания самолета были довольно высокими, по времени опережавшие выполняемые Поликарповым в Главкоавиа работы по истребителю-биплану.
Проект получил обозначение ИЛ-400а, что расшифровывалось так: «истребитель с мотором «Либерти» мощностью 400 л.с.». Буква «а» — вариант «а» — требует особого пояснения. Кроме разработки основного, базового истребителя (ИЛ-400а), параллельно проводилось проектирование еще одного самолета с несколько измененной аэродинамикой (ИЛ-400б). В нем нижняя часть фюзеляжа (от мотора до кабины) и центроплана покрывалась тонкой броней. Вместо лобового радиатора устанавливался сотовый, втягиваемый внутрь фюзеляжа. Основное назначение машины — одноместный истребитель-штурмовик («боевик», по терминологии тех лет). Предполагалось, что он будет строиться после завершения испытаний первого экземпляра.
В процессе проектирования ИЛ-400а (другие обозначения: ИЛ, ИЛ-1, ИЛ1) приходилось решать ряд проблем, связанных с обеспечением устойчивости машины. Многих используемых теперь методик расчетов вообще не существовало, их обоснование началось именно в те годы в различных научных коллективах и школах. В ЦАГИ — головном институте авиапромышленности — еще только приступили к созданию современной научно-экспериментальной базы. Поэтому Николай Николаевич придумал следующий способ проверки выбора центровки, динамических характеристик устойчивости, аэродинамического качества. По его указанию была выполнена летающая модель самолета в масштабе 1/5 натуральной величины, массы основных частей которой (крыло, фюзеляж, оперение) сделаны пропорциональными соответствующим массам ИЛ-400а. В. А. Тисов запускал ее с одной из башен Петровского дворца (в котором долгие годы находилась Военно-воздушная академия им. проф. Н. Е. Жуковского) во внутренний полуциркульный двор. Меняя центровку, удалось добиться устойчивого полета модели, а по измерению угла планирования — оценить аэродинамическое качество. На испытаниях присутствовали Н. Н. Поликарпов, другие члены конструкторского коллектива.
Свободнонесущее крыло толстого профиля (20 % у корня и 15 % на концах) обеспечивало необходимую жесткость, прочность без применения подкосов и внешних расчалок и создавало значительную подъемную силу при нулевом угле атаки на режиме минимальной скорости. По этой причине оно было установлено под отрицательным углом.
С помощью специального штурвала можно было переставлять стабилизатор, что должно было облегчить пилотирование самолета в широком диапазоне центровок.
Вооружение состояло из 2 синхронных пулеметов. Самолет при полетном весе 1300 кг должен развивать максимальную скорость у земли 272 км/ч, на высоте 2000 м — 263 км/ч и набирать высоту 3000 м за 5,98 мин. Потолок — 7400 м. Посадочная скорость — 100 км/ч.
В марте 1923 г., узнав о работе группы Поликарпова, технический директор ГАЗ № 1 Д. П. Григорович вызвал к себе в кабинет инженеров В. Л. Моисеенко и В. В. Калинина и предложил им немедленно заняться проектированием истребителя-биплана. За одну ночь Григорович с Калининым обосновали общую схему самолета и на следующий день передали ее для проведения аэродинамических расчетов В. Л. Моисеенко. Еще через день испеченный на скорую руку предварительный проект был отправлен на рассмотрение в Главкоавиа для получения разрешения на более детальную проработку. Дальнейшее проектирование истребителя, получившего обозначение И-1 (использовалось также обозначение И 1), проводилось быстро. При этом техническими требованиями не руководствовались, а стремились лишь к тому, чтобы наиболее рационально использовать мотор «Либерти». Ожидаемая (с довольно большой долей оптимизма) максимальная скорость у земли равнялась 260 км/ч. В мае началась постройка машины.
В свою очередь, начальник Конструкторской части Главкоавиа Б. Ф. Гончаров методично требовал от Поликарпова завершения работ по созданию истребителя-биплана. НТК ВВФ проявлял к этой машине определенный интерес: большая степень ее унификации с самолетом-разведчиком Р-1 позволяла ускорить внедрение истребителя в производство, облегчала эксплуатацию и ремонт машины.
Летом 1923 г. этот проект получил обозначение ГУВП-23а (что означало: Главное управление военной промышленности, 1923 г., вариант «а» — истребитель). Существовал и проект варианта «б» — истребителя-штурмовика. Тогда же проект ГУВП-23а был представлен на рассмотрение НТК ВВФ. Согласно расчетам, истребитель должен иметь следующие основные летные характеристики: максимальная горизонтальная скорость на высоте 2000 м — 236 км/ч. Вооружение — два синхронных пулемета с 1000 патронами. В принятой резолюции отмечалось: «…Одобрить и признать желательной разработку проекта и постройку аппарата».
Проект был передан для практической реализации заводу № 1 и там положен в долгий ящик из-за нежелания Григоровича заниматься постройкой ГУВП 23а.
15 мая 1923 г. Н. Н. Поликарпов, И. М. Косткин,А. А. Попов, Ю. Г. Музалевский, И. И. Барановский, В. А. Тисов, А. А. Саввиных, Н. П. Тряпицын направили письмо управляющему заводом «Дукс» с предложением построить истребитель-моноплан ИЛ-400а в двух экземплярах. К письму прилагались эскиз самолета и пояснительная записка. В ней авторский коллектив так выразил свои взгляды на проблему создания нового боевого самолета:
«При проектировании настоящего аппарата мы преследовали разрешение следующих задач:
1. Дать боеспособный и прочный истребитель, обладающий свойствами лучших современных заграничных боевых аппаратов.
2. Дать истребитель простой, дешевый в производстве, могущий быть построенным в настоящее время из русских материалов и на русских авиационных заводах.
3. Дать истребитель, удобный в эксплуатации и в обслуживании его в боевых условиях.
Для разрешения первой задачи при проектировании мы стремились выработать такой тип аппарата, который бы давал при полной нагрузке высокую скорость подъема и высокий потолок при большой горизонтальной скорости полета, руководствуясь тем, что достижение высокого потолка в ущерб горизонтальной скорости и обратно делает аппарат небоеспособным в современных условиях войны.
При этом имелось в виду, что аппарат должен иметь малую для истребителя посадочную скорость.
Вооружение истребителя нами проектировалось из двух пулеметов с механической стрельбой через винт и с запасом патронов 1000 штук.
Запас горючего нами был взят на 2 1/2 часа полета, обеспечивает дальность полета истребителя в тыл противника в 320–340 клм и возвращает его обратно на свой аэродром.
В связи с разрешением первой задачи при выборе типа аппарата нами было обращено внимание на увеличение поля зрения летчика и на уменьшение мертвого угла обзора.
При расчете прочности истребителя мы руководствовались новейшими требованиями, предъявляемыми к аппаратам этого класса, и наличием имеющихся в России материалов.
Кроме того, нами проводятся опыты по бронированию летчика и жизненных частей аппарата экстралегкой броней.
Для упрощения и удешевления истребителя и удовлетворения этим второй задачи при разработке конструкции как всего аппарата в целом, так и его деталей мы руководствовались возможностью массового изготовления, упрощением операций и уменьшением времени, потребного для этих операций. Благодаря этому конструкция аппарата позволяет установить массовое производство их на любом авиационном заводе С.С.С.Р. без устройства какого-либо специального оборудования и без особой специальной подготовки рабочих. Весь истребитель может быть выстроен целиком из русских, имеющихся в данное время в С.С.С.Р. материалов.
Что касается разрешения третьей задачи, то таковую мы считаем обеспеченной благодаря разборности аппарата и, в частности, фюзеляжа; отсутствие частей, требующих постоянной регулировки (стоек, тросов и проч.), легкого доступа к мотору, радиатору и бакам и простоте конструкции шасси, допускающей легкую разборку и замену частей его. Быстрая съемка и сборка планов аппарата и его небольшие размеры дают возможность перевозить аппарат как по железным дорогам, так и на грузовиках, а также и хранить его в ангарах, построенных специально для этой цели».
Директор завода № 1 И. М. Немцов направил проект ИЛ-400а для заключения в Главное управление военной промышленности.
21 мая на заседании Президиума Коллегии Главвоенпрома в составе председателя И. Н. Смирнова, членов К. Н. Орлова, Н. Н. Мандельштама (при участии начальника Технико-производственной части управления Н. Г. Высочанского, начальника авиаотдела В. В. Кутового, управляющего заводом № 1 (бывший «Дукс») И. М. Немцова, инженеров Н. Н. Поликарпова, И. М. Косткина и А. А. Попова) приняты решения: 1) «утвердить к выполнению проект истребителя И.Л.400а», 2) работы вести в срочном порядке, «хотя бы и вне пределов рабочего времени», на государственном авиазаводе № 1 независимо от выполнения производственной программы, 3) для разработки чертежей, на постройку и испытание истребителя отпустить из средств, «ассигнованных по авиаотделу на развитие конструкторского дела», восемнадцать тысяч рублей золотом, 4) в случае успешного выполнения заводом и конструкторами машины возложенных на них задач «признать подлежащим особому премированию как означенных конструкторов, так и всех непосредственно участвовавших в работе по упомянутому истребителю рабочих и служащих завода». (Протокол № 2330 от 24 мая 1923 г.)
24 мая 1923 г. материалы заседания были направлены на завод. При их обсуждении технический директор ГАЗ № 1 Д. П. Григорович, в чьем ведении находилось основное и опытное производство, отказался предоставить производственные площади для ИЛ-400а, ссылаясь на внеплановый характер задания. Но главным мотивом решения явилась уже начавшаяся с середины мая постройка истребителя И-1 собственной конструкции.
И. М. Косткин, исполнявший тогда обязанности главного инженера ГАЗ № 1, предложил развернуть работы по созданию ИЛ-400а в одном из цехов подведомственного ему и А. А. Попову (другому члену конструкторского коллектива, начальнику технико-производственного отдела) заготовительного производства, в так называемой экспедиции, на что директор завода И. М. Немцов дал свое согласие. Отметим, что изготовление отдельных деталей «подпольно» началось за сутки до этого решения — видимо, авторский коллектив не сомневался в положительном решении директора завода.
«Самолет был выстроен в два месяца, причем постройка шла по ночам, так как днем мы работали каждый на своей работе», — позже вспоминал Николай Николаевич.
Добавим к этим строкам, что днем в тех же цехах производились заготовки для обеспечения выпуска серийных разведчиков Р-1 и что было неимоверно трудно на протяжении почти двух месяцев днем выполнять задания в Конструкторской части Главкоавиа, а по ночам заниматься новой машиной.
Для ускорения производства многие элементы в конструкции и технологии использованы от разведчика Р-1: лонжероны, радиатор, двигатель, оборудование и др. Но использовались и новинки. Топливные баки для ИЛ-400а были сделаны из кольчугалюминия. Технологию их сварки разработал Ю. Г. Музалевский. Потом она послужила основой для создания методов сварки других дюралюминиевых сплавов.
Изготовлением деталей машины занимались рабочие Серов, Пилатовский, Макаров, Епифанов, Патриков. В. Я. Яковлев руководил сборкой агрегатов и самолета в целом.
В июле 1923 г. Д. П. Григорович издал приказ, согласно которому давалось разрешение на изготовление деталей и узлов ИЛ-400а и И-1 в цехах основного и опытного производств в рабочее время.