Все двигатели самолета питались из бензобаков в крыле. Всего баков имелось восемь – два в центроплане и шесть в консолях. Общая их емкость равнялась 8500 л. Для подачи горючего к моторам верхней тандемной установки предусмотрели электронасос и запасной ручной («альвейер»).
В перспективе рассчитывали оборудовать самолет системой дозаправки в воздухе. Это значительно увеличило бы радиус действия бомбардировщика. В качестве танкера («бензиноносца») собирались использовать тоже не маленький пятимоторный АНТ-14 (о нем будет рассказано позже).
Количество и размещение стрелковых точек в ходе проектирования неоднократно менялось. Так, в феврале 1931 г. УВВС были представлены два варианта, отличавшиеся расположением огневых точек на крыле. По расположению турелей на фюзеляже оба совпадали. В носовой части самолета стояла 20-мм пушка, наверху за крылом – турель с 37-мм пушкой, в корме под рулем направления – спаренный 7,62-мм пулемет. Вооружение на крыльях подразделялось по-корабельному на два «плутонга» – левый и правый. По первому варианту каждый плугонг состоял из трех установок. За крайним мотором на передней кромке крыла имелся выступ с открытой турелью (видимо, типа Тур-6) под спаренный пулемет. На одной с ней оси на верхней поверхности плоскости находилась башня с 20-мм пушкой. Она должна была быть выдвижной: «стакан» с кольцом турели вьщвигался вверх из обтекателя-зализа. Третья установка располагалась в рогообразном выступе под крылом в плоскости крайнего мотора. Она тоже была открытой; в ней стояли два пулемета. По второму варианту передняя и задняя установки являлись экранированными. Экраны имели вид цилиндров с коническими секциями сверху и снизу. Застеклять их должны были целлулоидом. Стволы пулеметов торчали через вертикальные щели экранов, так что влево-вправо оружие перемешалось вместе с экраном. Верхняя башня отсутствовала. Интересно, что по заданию на бомбардировщике должны были стоять упоминавшиеся ранее пулеметы ПВ-1 в турельном исполнении (реально не существовавшем).
Позднее в ходе проектирования могучий арсенал несколько подсократился и пришел в соответствие с техническим заданием: две пушки и восемь пулеметов. 20-мм пушки «Эрликон» должны были размещаться в двух открытых турелях на фюзеляже – носовой и средней. Последняя стояла на специальной тележке и могла перекатываться с борта на борт, увеличивая поле обстрела. Для каждой пушки предусматривается боезапас в 150 патронов в сменных магазинах. Два пулемета монтировались в кормовой установке. Еще четыре пары пулеметов хотели поставить на крыльях- спереди и сзади. Большая толш;ина крыла позволяла стрелкам в полете свободно перемещаться из фюзеляжа к своим позициям в консолях по внутренним коридорам. Поскольку ПВ-1 в турельном варианте не появились, вполне логично перешли к спаренным пулеметам ДА – установкам ДА-2. На первом опытном образце ТБ-4 решили от огневых точек на крыле отказаться. Это назвали «1-м вариантом вооружения». При этом имелась только одна установка ДА-2 с боезапасом в 24 диска.
Бомбардировщик рассчитывался на обслуживание экипажем издесяти человек. В него входили передний артиллерист (артиллерийский техник, он же запасной бомбардир), командир самолета (штурман), главный бомбардир (второй штурман), два пилота, старший техник и два младших (одновременно являвшихся стрелками), радист-«фотист» (то есть фотограф, на ТБ-4 должен был стоять аппарат «Поттэ1Б») и еще один артиллерист.
Завершение проектирования шло фактически параллельно с постройкой опытного образца самолета. По состоянию на 15 мая 1931 г. Завод опытных конструкций (ЗОК) ЦАГИ уже вел сборку хвостовой части фюзеляжа, ферм лонжеронов и клепал оперение. К 1 января 1932 г. фюзеляж почти закончили, оперение тоже. Крылья были собраны и обшиты гофрированным дюралем, кроме носка. Шасси находилось в изготовлении. Проблема была в отсутствии моторов М-34. Завод № 24 только разворачивал их производство, двигателей не хватало даже для опытных самолетов. В ЦАГИ рассчитывали, что если моторы прибудут вовремя, то удастся выдержать плановые сроки и выставить машину на аэродром к 1 мая.
Но просчитались. М-34 продолжали мучительно доводить, более мощные двигатели ФЭД в октябре 1931 г. только начали делать в опытных образцах. Все сроки прошли.
4 июля 1932 г. постановлением СТО постройка ТБ-4 была объявлена первоочередной. Срок готовности сдвинули на 1 ноября. Главное управление авиационной промышленности (ГУАП) Наркомтяжпрома возражало, говоря, что этот срок нереален. Оно заявляло о возможности выставить самолет на испытания к 1 января 1933 г. Но и эта дата оказалась неосуществимой – лишь в декабре 1932 г. на завод пришли долгожданные моторы.
И тут конструкторов постигло новое разочарование. Серийные М-34 по габаритам и посадочным местам существенно отличались от опытного образца, по чертежам которого проектировали мотоустановку самолета. Последовал очередной этап переделки чертежей, а кое-где и уже готовых узлов.
ВВС рассчитывали уже с 1933 г. получать серийные ТБ-4. На этот год планировали заказать 15 бомбардировщиков, позже количество уменьшили до 10. Самолеты собирались строить на заводе № 22 в Филях, там, где делали ТБ-3. Затем из-за задержки с опытной машиной сроки сдвинули, а заказ передали заводу № 18 в Воронеже. ЦАГИ должен был сдать туда полный комплекг чертежей к июлю 1934 г. Первую серию из 40 – 50 бомбовозов намечали собрать в 1935 г. В конце 1934 г. появилось предложение загрузить их производством также принадлежавший тогда ГВФ завод № 84 в Химках.
Первую эскадрилью гигантов хотели разместить на Щелковском аэродроме, где в проект реконструкции заложили стоянки и полосу соответствующих размеров. Толщина бетона должна была выдержать вес гиганта с полной заправкой и предельной бомбовой нагрузкой. Эту длинную и широкую полосу потом неоднократно использовали для различных рекордных полетов. Именно с нее улетали в Америку Чкалов и Громов.
Серийное производство ТБ-4 намеревались вести до 1937 г. Предполагалось, что к этому времени эти «линкоры 1-го класса» составят 40% парка тяжелобомбардировочной авиации. К 1 января 1938 г. в строю ВВС РККА предполагали иметь 288 ТБ-4.
Но реально в феврале 1933 г. на Центральный аэродром только начали вывозить готовые узлы гигантского бомбовоза. Цеха, где можно было бы собрать столь огромную машину, в Москве не нашлось. Ее собирали и регулировали прямо на летном поле, построив многоярусные леса. Процесс этот шел долго – вплоть до июля. Самолет так и не укомплектовали полностью. В частности, турели смонтировали без пушек и пулеметов. Вместо радиостанции 11-СК на самолете стоял макет. Радиопеленгатор отсутствовал. Даже при этом взлетный вес превышал расчетный примерно на две тонны, достигнув 33 т.
3 июля 1933 г. М.М. Громов впервые поднял бомбардировщик в небо. Оценка, данная им самолету после нескольких первых полетов, была довольно высокой. Пилот счел, что осуществление взлета и посадки достаточно просто, в полете машина устойчива и послушна. Рапорт ЦАГИ гласил: «Результаты вполне благоприятны». Но усилия на штурвале и педалях были очень велики. С педалями вообще творилось что-то странное. Нагрузки «скакали , то увеличиваясь, то уменьшаясь.
Самолет почти две недели простоял на земле. Потом решили еще раз слетать для уточнения характеристик устойчивости, но обнаружили разрыв главного тормозного цилиндра. 22 июля Громов опять поднялся в воздух. Появилась гипотеза, что имеет место перекомпенсация руля направления. При одном из последующих полетов, 5 августа, с тандемной установки сорвало задний капот, который ударом расколол винт.
Самолет поставили на ремонт. Воспользовавшись паузой, переделали оперение. Изменили угол установки стабилизатора, подрезали руль направления. Это действительно улучшило путевую устойчивость. В то же время на самолете поставили новые винты: это благотворно сказалось на максимальной скорости.
В сентябре 1933 г. ТБ-4 передали в НИИ ВВС на государственные испытания. Там на нем летал экипаж П.М. Стефановского. Стефановский позднее писал в своих мемуарах о новом самолете: «Он просто потрясал!».
23 сентября машину приняли у ЦАГИ, затем неделя ушла на устранение мелких дефектов, и с 29 сентября начались испытательные полеты. Результаты их выглядели неоднозначно.
С одной стороны, в отчете НИИ было записано: «Выпуск самолета ТБ4-6М34 с полетным весом 33 тонны является, несомненно, крупнейшим достижением Советского самолетостроения». С другой, на акте утверждения отчета начальник ВВС Я.И. Алкснис начертал резолюцию: «Констатирую, что в предъявленном виде самолет ТБ4-6М34 государственных испытаний не выдержал и к серийной постройке не может быть допущен). Причиной столь резкой реакции начальника ВВС РККА стал ряд существенных недостатков, выявленных в НИИ ВВС.
Пилотирование гиганта оказалось не столь простым, как уверял Стефановского Громов. В отчете записано: «Взлет и посадка вследствие недостаточной мощности рулей высоты сложны и требуют согласованной работы обязательно двух летчиков. Самолет трудно отрывается от земли, имея разбег около 800 метров». Дело в том, что управление электроприводом стабилизатора поставили только у второго пилота. Командир действовал штурвалом, а второй пилот по его командам включал и выключал электромотор. При этом кнопки он искал на ощупь, держа штурвал одной рукой. Учитывая, что нагрузки на штурвале были очень велики, и его запросто могло вырвать, испытатели и пришли к такому разделению труда – один держит штурвал, а второй включает и выключает.
На взлете приходилось дважды включать электромеханизм перестановки стабилизатора. При этом подъемник работал ненадежно. Один раз его отказ чуть не привел к катастрофе. Электромотор после взлета не выключился и продолжал выворачивать стабилизатор. Бомбардировщик задрал нос и начал быстро терять скорость. Вот туг выявился еще один существенный конструктивный недостаток- отсутствие связи пилотов со старшим борттехником. На его месте в этом полете сидел инженер Л.И. Шевердинский. Наконец, Стефановскому удалось привлечь его внимание резким изменением оборотов одного из двигателей. Проблему решили обыкновенные кусачки – Шевердинский перерезал провод к электромотору. Сели без перестановки стабилизатора, используя многочисленный экипаж как живой балласт для изменения центровки. Летать, постоянно ожидая отказа управления, было просто страшновато.
Были и другие неприятности. Выявилась тряска хвостового оперения. ~При пробе плоскостных моторов на земле наблюдается боковое раскачивание хвостового оперения. При пробе тандемных моторов раскачивание оперения достигает больших размеров, вызывая опасение за сохранение прочности…». В полете незначительные вибрации проявлялись на всех режимах полета, усиливаясь при скоростях меньше 170 км/ч. Если летчики давали полный газ верхним моторам, начинал вдобавок раскачиваться руль направления. Но это были еще цветочки…
На стадии проверки возможности пилотирования самолета на пяти и даже четырех моторах, стало еще хуже. Когда выключали один двигатель, в сущности, ничего не менялось. На высоте 1000 м бомбардировщик продолжал лететь горизонтально, нагрузки для пилотов оставались в приемлемых пределах. Когда выключали два – самолет терял высоту. Более того, если убирали газ двум моторам с одной стороны, хвостовую часть начинало дергать. Тряска была столь сильной, что серьезно обеспокоила испытателей. Из ЦАГИ прибыл В.М. Петляков, руководивший у Туполева бригадой тяжелых самолетов. Его засунули в кабину кормового стрелка и дали в руки веревку. Если Петляков сочтет, что тряска опасна, он должен был дернуть веревку, второй конец которой привязали к ноге Стефановского. Когда хвост стало трясти, Петляков перепугался и рванул веревку так, что она оборвалась. В итоге специалистам ЦАГИ пришлось признать, что жесткость хвостовой части самолета явно недостаточна.
Множество неприятностей доставила верхняя мотоустановка. Начнем с того, что электронасос, который должен был подавать бензин из баков в крыле наверх, не работал. Два механика, постоянно меняясь, весь полет орудовали большим ручным насосом. Мощная струя воздуха от тандемной установки делала невозможным даже пребывание в огневой точке на фюзеляже. «Поток от винтов не позволяет даже стоять в верхней турели», – написали в отчете. Обслуживание мотоустановки на высоте около 9 м признали «чрезвычайно затруднительным», «неудобным и небезопасным». Туда надо было поднимать воду и масло для двигателей. Это было просто акробатическим трюком. На испытаниях летали в сентябре, было еще сравнительно тепло. А зимой пришлось бы поднимать наверх горячую воду, причем в сильный мороз ее проливали через двигатель раза тричетыре, пока он не придет в норму по температуре. И масло тоже заправляли в мотор горячим.
Большую проблему создавал ремонт водяного радиатора, общего для двух моторов. Снять его можно было только большим подъемным краном, поскольку вес достигал 200 кг. Спешка, в которой проектировали верхнюю установку, выразилась, например, в том, что у нее не было откидных мостиков для обслуживания, как на крыльях. Вопреки техническому заданию, доступа к этим моторам в полете не имелось.
Пилотская кабина находилась в плоскости вращения винтов, и в ней было очень шумно. После часа полета у летчиков, даже одетых в наушники, наступала временная глухота. Металлическая крыша над проходом ухудшала обзор. Один пилот мог смотреть только вправо, другой – только влево. Выполняя повороты при маневрировании на земле, летчики то и дело передавали друг другу управление.
Тормоза работали своеобразно. Они включались с задержкой в пять – десять секунд и с таким же опозданием выключались.
Вдобавок выявился целый букет заводских недоделок и брака. Два бензобака текли. Водяные и водо-масляные радиаторы текли тоже, да так, что их посчитали «совершенно ненадежными». Выхлопные коллекторы моторов трескались.
Много хлопот доставляло обслуживание огромной машины при отсутствии специальной техники. На заправку бомбовоза бензином уходило 2,5 часа (при использовании двух насосов). Чтобы подвесить бомбы, команда из 20 человек работала три часа; при этом груз поднимали на высоту в пять метров ручными лебедками.
Но самое главное, конструкторам не удалось выполнить ряд важных требований технического задания. Так, по заданию бомбардировщик должен был лететь на высоте 3000 м со скоростью 200 км/ч. Реально на испытаниях получили 187,5 км/ч на 2500 м. На 3000 м самолет вообще не смог подняться – практический потолок составлял всего 2750 м (при заданном 5000 м). Разбег доходил до 800 м при требуемом 250 м. Фактическая дальность полета составляла 1100 км против 2000 км. П ри этом нормальная бомбовая нагрузка равнялась всего 4000 кг. Правда, конструкторы предусмотрели установку дополнительных топливных баков емкостью 4000 л, что доводило взлетный вес до 37 т. Но в НИИ ВВС, подсчитав расход машиной горючего, пришли к выводу, что этого запаса хватит только на 1600 км.
Задание предусматривало установку стрелковых башен на крыле, введение наддува бензобаков нейтральным газом для уменьшения пожароопасности и устройства для слива горючего в воздухе или сброса части баков. Реально все это отсутствовало. Вернее, слив сделали, но на опорожнение баков требовались 83 минуты. Почти полтора часа никак не укладывались в понятие «быстрый», записанное в задании. Пользы от такого слива в аварийной ситуации реально не было никакой. В то же время все это отсутствовавшее на опытной машине оборудование и вооружение в будущем подняло бы вес самолета и несколько ухудшило его аэродинамику. Соответственно ухудшились бы и летные данные.
Причины невысоких летных данных ТБ-4 были ясны. Мощности шести М-34 для бомбардировщика такого веса просто не хватало. У старого ТБ-3 с двигателями М-17 нагрузка на мощность составляла 7,4 кг/л.с., а у АНТ-16- 8,6 кг/л.с. Даже уменьшив нагрузку на крыло (63,3 кг/м' против 78,3 кг/м'), парировать это не удалось.
Кроме того, обороты моторов М-34 были слишком велики для тихоходного ТБ-4. Коэффициент полезного действия винтов оказался довольно низким, не позволяя полностью использовать даже имеющуюся мощность. Самолет оснащался старомодными деревянными двухлопастными пропеллерами фиксированного шага трех разных размеров. Моторы на крыле вращали винты диаметром 3,18 м, передний двигатель наверху – 3,3 м и задний – 3,0 м.
Специалисты НИ И ВВС внесли ряд рекомендаций по усовершенствованию машины. Но никто не мог дать бомбардировщику соответствующую его весу и размерам мотоустановку. Поэтому предложения НИ И, по сути, являлись паллиативными: увеличить размах и плошадь крыла, увеличить руль высоты, внедрить моторы М-34Р с редукторами, заменить винты. Кроме этого требовали прозрачный фонарь над пилотской кабиной, огневые точки на крыльях и еще кое-что по мелочи.
Кое-что из этого хотели внедрить на втором экземпляре АНТ-16,'он же АНТ-16бис и ТБ-4бис. Эту машину изготовляли с августа 1932 г. В марте 1933 г. УВВС признало эту работу первоочередной, но уже 2 июля, за день до первого полета первого опытного образца, ЦАГ И получил распоряжение остановить сборку узлов. По-видимому, многие уже сделанные части этого самолета использовали потом для самолета АНТ-20.
В январе 1934 г. НИИ ВВС предложил смонтировать на имеющемся ТБ-4 четыре установки с двумя М-34 каждая. Пары моторов должны были через общий редуктор вращать удлиненный вал. Но спаренные установки застряли на уровне стендовых испытаний, Что дальше сделали с бомбардировщиков-гигантом, неизвестно.
Казалось бы, ТБ-4 умер. Нет, он возродился опять…
Эта машина известна всем, даже людям мало знакомым с историей авиации. Самый большой сухопутный самолет мира (в то время), пассажирский гигант, летающая реклама достижений советской авиапромышленности. И назначение ему выбрали подходящее – агитсамолет, что-то вроде летающего дома культуры. Но на самом деле все было совсем не так однозначно.
С 1932 г. в ЦАГИ уже работали над новым гигантским бомбардировшиком. Первоначально он подавался как модификация ТБ-4, и по этой же статье финансировался. В плане института значилась работа над головным серийным самолетом, на котором требовалось устранить дефекты, выявленные на испытаниях, и установить все заложенное в задание оборудование. Эта машина должна была стать эталоном для производства на заводе № 18 в Воронеже.
На самом деле туполевцы занялись фактически созданием нового самолета, который потом стал именоваться АНТ-20. В документах ВВС он первоначально фигурировал как ТБ4-8М34Р. Первоначально такой машины в планах вообще не было. Не сумев получить требуемые заданием летные данные тяжелого бомбардировщика ТБ-4 (основной причиной чего являлось отсутствие подходящих двигателей), А.Н. Туполев увеличил размеры крыла и добавил еще два мотора.
Название АНТ-20 досталось машине «по наследству» от эскизного проекта пассажирского варианта ТБ-4 с четырьмя моторами М-35. Он должен был иметь размах крыла 56 м и длину фюзеляжа 33,5 м – немного больше, чем у бомбовоза. Пассажирский салон занимал место бывших бомбоотсеков и часть фюзеляжа за крылом. Проект был одобрен руководством ГВФ, началась постройка деревянного макета, но работы задерживались из-за неясностей с основным вариантом – военным. В сентябре 1931 г. директор ЦАГИ Пауфлер обратился к начальнику Всесоюзного авиационного объединения (ВАО) П.И. Баранову с просьбой исключить этот пункт из плана института, мотивируя отсутствием заложенных в задание двигателей. Баранов разрешил, работы по пассажирскому варианту ТБ-4 прекратили. Но Туполев очень не любил, чтобы труд его сотрудников пропадал зря. Многое от проекта АНТ-20 потом перешло к «Максиму Горькому», и даже обозначение использовали повторно.
При примерно той же длине фюзеляжа, что и АНТ-16, новая машина должна была иметь значительно большее по размаху и площади крыло. Размах должен был достигнуть 63 м (против 54 м у AHT-16). Хорда крыла при этом не менялась, так что удлинение возрастало до 8,2, что должно было благоприятно сказаться на дальности полета. На крыле добавили два мотора. Фюзеляж расширили и переделали бомбоотсеки, так что стала возможной внутренняя подвеска бомб калибра 1000 и 2000 кг. Пожалуй, при некоторой доработке туда влез бы и фантастический атомный пятитонный «Иван». Предусмотрели электропривод управления стабилизатором и шаровой пушечной установкой, которую хотели смонтировать в носу фюзеляжа. Сброс бомб тоже осуществлялся электричеством. Максимальный взлетный вес машины оценивался в 45 т. Самолет должен был оснащаться восемью двигателями М-34Р с дальнейшим переходом к более мощным М-34ФРН (реально появившимся только в 1936 г.). Шесть из них стояли в ряд на крыле и два в отдельной установке на фермах над фюзеляжем, как у ТБ-4. Теоретически самолет мог лететь и на шести моторах, поэтому отказ двух не считался критичным.
Хотя основным считался тяжелый бомбардировщик, параллельно делались проработки по военно-транспортному, пассажирскому и «агитационному» вариантам. Так, транспортная машина предназначалась для перевозки тяжелой и громоздкой военной техники – танков и артиллерийских орудий. В основном их хотели крепить снаружи, между стойками шасси, но кое-что размещалось и внутри. Например, прикидывали подвеску в бомбоотсеке танкетки Т-27 (ТБ-1 и ТБ-3 ее возили снаружи). В пассажирской машине, предназначенной для дальних рейсов, предусматривалось размещение 60 – 70 людей в комфортабельных кабинах: не то железнодорожное купе, не то пароходная каюта. Для пассажиров предусматривались буфет (в некоторых документах он числится «рестораном»), салон отдыха и целых два туалета. Интересно, что на фотоснимках макета четко видно, что салон, буфет и кабины намеревались освещать не привычными для самолета плафонами, а настенными светильниками типа бра с абажурами!
Экипаж состоял из десяти человек, в том числе «прислуги». Предусматривался и вариант «люкс» для доставки «ответственных руководящих политических и общественных работников или группы работников в отдаленные районы страны для проведения кампаний на местах). На нем «прислуги» должно было быть вдвое больше.
Гражданский АНТ-20 мог использоваться и как грузовой для доставки особо ценных грузов (например, пушнины или золота из отдаленных районов Сибири). Интересно, что Туполев планировал сделать машину легко конвертируемой из пассажирской в грузовую.
Но на первый план довольно неожиданно вышел агитационный вариант. Идею предложил известный журналист Михаил Кольцов – построить огромный самолет имени Максима Горького. Сам Горький в то время был еще жив и только что отпраздновал 40-летие литературной деятельности. Подхватив мысль Кольцова, 19 сентября 1932 г. Журнально-газетное объединение постановило начать сбор денег на самолет «Максим Горький», затем возник специальный комитет по постройке машины. Как водилось в СССР, областям,и крупным городам раздали разнарядки- сколько сдавать. Выполнение контролировали партийные инстанции. К декабрю 1932 г. набрали уже полтора миллиона рублей.
В январе 1933 г. приступили к выработке технических требований к агитационному самолету. От машины требовали скорость 220 – 240 км/ч, полезную нагрузку 6000 – 7000 кг, дальность полета не менее 1000 км. Предусматривалисьсменное шасси (летом – колеса, зимой – лыжи), металлические (а не деревянные) воздушные винты, внутренняя телефонная связь, пневмопочта, отопление кабин, «центральная электростанция», позволяющая иметь ток при стоянке самолета. Особо оговаривалось применение материалов и оборудования только отечественного производства. Это было обусловлено пропагандистским назначением АНТ-20. Задание первоначально предусматривало безангарное хранение машины, позжеэтотпунктиздокумента изьяли.
17 января 1933 г. комитет по постройке «Максима Горького» своим письмом выдал ЦАГИ заказ на проектирование и постройку одного экземпляра АНТ-20. Позже в разных бумагах эта машина именовалась обычно просто МГ. Срок сдачи заказчику ставился 1 мая 1934 г. – очевидно, с расчетом вывести его на традиционный парад над Красной площадью. Договор после утряски финансовых вопросов подписали 10 марта. ЦАГИ получил полмиллиона рублей аванса. Сотрудники института взяли на себя обязательство отработать при создании самолета по 18 часов бесплатно.
АНТ-20 являлся таким же огромным тихоходным гофрированным монопланом, как и АНТ-16, и полностью повторял его аэродинамическую схему. Такой же плоскобортный фюзеляж, такое же крыло толстого профиля, такое же высокое неубирающееся шасси.