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Los cazas "Yak" en la Gran Guerra Patriotica

 

Yak-9PD M-105PD y M-106PV

 

El Yak-9PD con el motor M-105PD y dotado del supercompresor de dos etapas E-100 de V.A. Dolezhal era un caza-interceptor de gran altitud y estaba destinado para formar parte del sistema de PVO. Este avión fue creado especialmente para luchar contra los aviones de reconocimiento de gran altitud Ju-86R, que en los años 1942-1943 realizaban vuelos periódicos sobre Moscú a gran altitud (del orden de 12.000 – 13.000m).

 

El Yak-9PD fue construido acorde a la resolución del GKO del 12 de noviembre de 1942. En esta resolución constaba que el ingeniero principal A.S. Yákovlev antes del 15 de enero de 1943 debía presentar a las unidades de PVO de Moscú 5 ejemplares del Yak-9 M-105PD para pasar allí las pruebas de ejercito [En esta misma resolución se encargaba la tarea similar a S.A. Lávochkin y A.I. Mikoyan. TsAMO, f. 35, op. 11287, d.1987].

 

Debido al retraso en el suministro de motores M-105PD, los aviones fueron construidos por el OKB en 20 días, entre 1 y 20 de abril de 1943.

 

En cuanto a su diseño, el Yak-9PD era el mismo Yak-9D, pero se diferenciaba del último por el motor y el armamento, así como por algunas otras modificaciones menores (fue parcialmente modificada la carcasa delantera del fuselaje, la cuaderna del motor y etc.).

 

El armamento del Yak-9PD estaba formado únicamente por 1 cañón-motor ShVAK con 120 proyectiles.

 

Los aviones pasaron las pruebas estatales en el 12º GIAP (comandante del regimiento mayor K.V. Marenkov) del 6º IAK PVO TS (territorio del país) entre 16 de abril y 25 de junio de 1943 [TsAMO, f. NII VVS, op. 485690, d. 174]. En estos 5 Yak-9 fueron realizados 69 vuelos con una duración total de 43 horas 12 minutos. 39 vuelos se realizaron a 10.000-12.000m de altitud.

 

En las pruebas se comprobó que no era posible realizar ascenso continuo hasta el techo en régimen de la velocidad ascensional óptima: a 7.000m de altitud la temperatura del agua alcanzaba 120ºC, y la del aceite 100ºC. Para continuar con el vuelo había que hacer “escalones” (pasar a vuelo horizontal) para enfriar el agua y el aceite, lo que empeoraba significativamente la velocidad ascensional media del avión. El techo práctico era aproximadamente de 11.650m. Para alcanzarlo, hacían falta 25 minutos.

 

En el informe de las pruebas de ejercito se destacaba que el Yak-9 con el motor M-105PD no pasó las pruebas estatales a causa de los defectos en el grupo hélice-motor, el insuficiente techo práctico y la inconsistencia del armamento instalado con las condiciones de la resolución del GKO del 12 de noviembre de 1942.

 

Entre julio de 1942 y agosto de 1943 apareció sobre Moscú el avión de reconocimiento de gran altitud Ju-86R-1 en 6 ocasiones.

 

El 2 de junio de 1943, desde el Aeródromo Central de Moscú con el Yak-9 M-105PD ¹01-29 despegó el podpolkovnik L.A. Shólojov (era inspector de las técnicas de pilotaje del 6º IAK de la PVO de Moscú) para interceptarlo.

 

El piloto estuvo subiendo a 260km/h hasta 6.000m de altitud. La temperatura del agua era de 105ºC, y la del aceite 95ºC. El piloto activó el turbomanguito a partir de 4.000m, y a 8.500m lo puso a pleno rendimiento. Utilizó el corrector de mezcla a 8.000m. En motor funcionaba satisfactoriamente, las temperaturas del agua y del aceite se mantenían en los límites permitidos.

 

A 8.500m de altitud L.A. Shólojov recibió el comunicado desde el puesto de mando del 12º GIAP: “El enemigo se dirige a Vnúkovo”. En este momento el piloto vio una estela, detectando el avión enemigo a 12-15km, que a gran altitud sobrevolaba las afueras de Moscú por la parte sur. 15 minutos más tarde, volando en ascenso, el Yak-9 alcanzó al enemigo, y estando a 11.650m de altitud por el indicador (a 12.210m según el barograma), se encontraba unos 1.000-1.500m más bajo respecto al enemigo. La temperatura del agua era de 110ºC, la del aceite 105ºC. El piloto pudo distinguir las consolas alares pintadas de amarillo y las cruces difuminadas. En este momento la presión de combustible cayó a cero y no se reestableció hasta haber descendido hasta 10.800m.

 

El avión alcanzó de nuevo los 11.400m de altitud, pero el motor se recalentó desprendiendo vapor. La temperatura del agua alcanzó los 112ºC, la del aceite los 110ºC. El parabrisas y la cubierta de la cabina se recubrieron de una capa de hielo. Tras haber perdido de vista al enemigo, L.A. Shólojov se vio obligado a terminar la persecución y regresar al aeródromo. El vuelo duró 59 minutos. La masa de vuelo del avión era de 2.728kg, incluyendo el combustible (300kg) y aceite (40kg). [TsGANJ, f. 8044, op. 1, d. 997, l. 104: Archivo del OKB A.S. Yákovlev, informe sobre el Yak-9PD].

 

El 22 de agosto de 1943, cuando el Ju-86R-1 apareció de nuevo, desde los aeródromos de las afueras de Moscú para su intercepción se levantaron 15 cazas, incluyendo a 3 Yak-9PD, 2 “Spitfire”, 2 “Airacobra”, 6 Yak-1 y 2 MiG-3. Solamente uno de los pilotos del “Spitfire” pudo alcanzar los 11.500m de altitud y abrir fuego tras encabritar su aparato ya que estaba 500m más bajo y a 200m por detrás. Tras unas pocas ráfagas el armamento falló. Los restantes cazas alcanzaron las siguientes altitudes:

 

- Yak-9PD: 11.100m;

- MiG-3: 10.800m;

- Yak-1: 9.500m;

- Airacobra: 9.000m

 

Estos ni siquiera llegaron abrir fuego [TsGANJ, f. 8044, op. 1, d. 998, l. 85].

 

El 23 de agosto de 1943, el comandante de las tropas del Frente Occidental de PVO general-polkovnik Gromadin en su informe al comandante de VVS sobre los vuelos de aviones de reconocimiento enemigos en zona de Moscú sacó la conclusión de que el problema del abastecimiento de la PVO de la capital del país por los cazas de gran altitud a efectos prácticos sigue sin resolverse [CGANH,  f. 8044, op. 1, d. 998, l. 85, 86].

 

Mediante la resolución del GKO del 12 de junio de 1943 al A.S. Yákovlev se le encargó la nueva tarea: hasta el 1 de agosto de 1943 realizar trabajos para aumentar la cota de altitud del Yak-9PD M-105PD hasta 13.000m, utilizando uno de los aviones de la PVO. El avión debía estar dotado de una cabina hermética.

 

El Yak-9PD ¹01-29 modificado fue presentado en las fechas indicadas y tras haberse probado por el piloto V.I. Yuganov fue entregado el 31 de julio de 1943 al LII para pasar pruebas y recibir recomendaciones de mejora del grupo hélice-motor.

 

En esta modificación del avión fue instalado el motor experimental M-105PD con una vida útil de 50 horas y con una relación de transmisión del supercompresor centrifugo aumentada (de 8,48 a 9,72). El incremento de la relación de transmisión del cigüeñal al supercompresor aumentó la cota de altitud del motor de 6.300 a 8.500m, pero al mismo tiempo incrementó la temperatura del aire en la salida del supercompresor. Para reducir esta temperatura, había que realizar una refrigeración del aire intermedia en la entrada del motor, usando un radiador adicional o inyectando el agua. Pero esto no se llegó a realizarse.

 

Debido a la instalación de un motor con cota más alta en comparación con la del M-105PF, fueron realizadas las modificaciones para aumentar la cota de altitud de los sistemas de agua, aceite y combustible:

 

- sistema de llenado de los depósitos por gases de escape fue reemplazado por el sistema de llenado por nitrógeno (capacidad del depósito 4L a una presión de 150kg/cm2) con el autómata de presión de nitrógeno ADA-3;

 

- en lugar del radiador de agua OP-196 y del radiador de aceite OP-293 se instalaron el radiador de agua OP-229 y de aceite OP-300 con áreas refrigerantes aumentadas, modificando sus góndolas;

 

- instalado un deposito de aceite adicional con el sistema antiespumante;

 

- implementada la refrigeración por aire de las bujías, de la bomba de gasolina y del filtro de gasolina para reducir sus temperaturas;

 

- otras modificaciones.

 

En la estructura del avión se introdujeron las siguientes modificaciones:

 

- incrementada la envergadura alar en 1,0m y su área en 0,65m2;

 

- retirados los protectores de los depósitos;

 

- reducida la cantidad de munición del cañón de 120 a 110 proyectiles;

 

- retirado el trinquete del cono de la hélice (para el arranque por el camión de puesta en marcha);

 

- retirados los compensadores de masa de los alerones;

 

- otras modificaciones menores.

 

Como resultado de estas modificaciones la masa de vuelo del Yak-9PD se redujo de 3.177 a 2.845kg, disminuyendo la carga alar de 182,2 a 159 kg/m2, es decir en 23,2kg/m2. La reducción de la carga alar aumentaba la cota de altitud del avión.

 

No se llegó a instalar la cabina hermética, dado que su diseño, construcción y equipos por aquel entonces aún no estaban disponibles.

 

El ejemplar experimental de la cabina hermética, diseñada por A.Y. Sherbakov, se estuvo probando en el Yak-7B M-105PF y se presentó para las pruebas estatales en el NII de servicios especiales de VVS solamente el 1 de mayo de 1944. La cabina no cumplió las exigencias y no se llegó a instalarse en los aviones de serie. A pesar de que era una cabina con ventilador (el aumento de la presión y la ventilación se efectúa mediante un ventilador que utiliza el aire exterior), carecía de elementos que garantizaban la ventilación. La ventilación se efectuaba por métodos naturales (a través de las fugas en las juntas de la cabina). Además, había que mejorar los automatismos de la cabina, como las válvulas, los reguladores de presión y etc.

 

El Yak-9 M-105PD modificado estuvo pasando las pruebas en el LII entre el 3 de agosto y el 18 de octubre de 1943. Las pruebas se llevaron a cabo por la brigada, compuesta por los pilotos en jefe G.M. Shiyanov y V.I. Yuganov, el ingeniero en jefe del LII P.S. Limar y el ingeniero en jefe del OKB K.N. Mkrtychan.

 

Se realizaron 21 vuelos con una duración total de 16 horas y 33 minutos. Se determinó que el M-105PD sin la refrigeración intermedia (entre el supercompresor y los carburadores) trabajaba satisfactoriamente solamente en la 1ª etapa del supercompresor. En la 2ª etapa, cuando las revoluciones alcanzaban las 2.400rpm (las revoluciones nominales eran de 2.530rpm) y superiores, en altitudes de 11.500-12.500 el motor no funcionaba satisfactoriamente, trabajaba con interrupciones y se “entrecortaba” (se desconectaba brevemente) debido a las altas temperaturas en la salida del supercompresor y también a causa de la baja presión de aceite en el canal principal.

 

La caída de la presión del aceite en el canal principal, a medida de que incrementaba la altitud, provocaba el deslizamiento de los turbomanguitos del supercompresor y era la causa de la reducción de la potencia, entregada por el motor, y de la disminución de su cota de altitud, siendo también el origen de interrupciones y “cortes” del motor.

 

Las altas temperaturas del aire en la entrada del motor funcionando en la 2ª etapa del supercompresor y por encima de la 1ª frontera de altitud no permitían usar el motor a su potencia nominal.

 

El 27 de agosto de 1943, en el noveno vuelo, fue alcanzada la máxima altitud de 12.500m, en la que la velocidad ascensional del Yak-9PD aún era de 1,2 - 1,5m/seg, y por consiguiente, esta altitud aún no llegaba a ser el techo práctico. Pero no era posible continuar con el ascenso debido al irregular funcionamiento del motor.

 

El tiempo de ascenso hasta 12.500m era de 33,2 minutos y no era el mínimo posible, dado que el ascenso se producía con el régimen de funcionamiento del motor por debajo del nominal (a 2.290-2.320rpm y la presión de supercompresión de 900 mmHg) a causa del sobrecalentamiento del aire en el supercompresor.

 

Al usarse el número de revoluciones nominal del motor (2.530rpm) y al realizar el ascenso continuo (sin efectuar “pistas” intermedias para refrigerar el agua y el aceite) el Yak-9PD con el motor experimental M-105PD podría tener un techo mucho mayor y sería capaz de alcanzarlo en menos tiempo.

 

Debido al poco satisfactorio funcionamiento del M-105PD durante las pruebas en el LII, se hizo un experimento, sustituyéndolo por el M-106PV (PV = cota de altitud incrementada). Este motor, igual que el M-105PD, estaba dotado del supercompresor de dos etapas E-100, pero tenia una mayor cota de altitud (9.500 frente a 8.500m). Con el M-106PV entre el 15 y el 18 de octubre de 1943 se realizaron 4 vuelos con una duración total de 3 horas 5 minutos. En el segundo vuelo, realizado el 16 de octubre, se alcanzó una altitud máxima de 13.100m, la que correspondía precisamente al techo práctico del avión, dado que la velocidad ascensional a esta altitud era solo de 0,5-0,75m/seg.

 

Aún así, el motor M-106PV, igual que el M-105PD, al incrementarle el número de revoluciones hasta su valor nominal (2.650rpm) a una altitud de 12.000m y superior, sufría los mismos efectos: la alta temperatura del aire en la salida del supercompresor y la baja presión del aceite en el canal principal, por tanto no permitía ganar altitud en un ascenso continuo hasta alcanzar el techo practico. Además se seguía recalentando el agua y el aceite.

 

En 1944 en el OKB de A.S. Yákovlev se efectuó un intento más para crear un caza-interceptor de gran altitud, y esta vez fue con mayor éxito. Como ha sido hasta el momento, la principal vía para aumentar la cota de altitud del avión eran las mejoras del grupo hélice-motor para mejorar su funcionamiento a grandes altitudes, la reducción de la masa de vuelo y la modificación de la geometría del ala.

 

Como base fue tomado el avión Yak-9U VK-107A producido por la fábrica ¹166, dado que en aquel momento era de los más avanzados. Los cambios fueron los siguientes:

 

- instalado el motor M-106PV con una relación de transmisión del cigüeñal al supercompresor de 9,72 y una cota de altitud de 9.500m;

 

- para reducir la temperatura del aire en la salida del supercompresor, se instaló el sistema de inyección de la mezcla (50% de alcohol y 50% de agua);

 

- en el sistema de combustible se incluyó la bomba eléctrica con booster (potenciador de presión) para garantizar el suministro normal de gasolina a gran altitud;

 

- instalado un nuevo sistema de encendido del motor con compresión para los magnetos a partir del supercompresor;

 

- instalado un nuevo radiador OP-554 en la góndola modificada;

 

- instalado el cañón aligerado ShA-20M con 60 proyectiles en lugar de 110;

 

- instalada la hélice especial aligerada VISh-105TL con diámetro de 2,8m y palas anchas, diseñada para vuelos a gran altitud por los ingenieros S.Sh. Bas-Dubov y G.M. Zaslavskiy;

 

- retirados los contrapesos en los alerones y en el timón de profundidad;

 

- reducida la reserva de combustible de 420 a 240kg;

 

- reducida la reserva de aceite de 48 a 30kg;

 

- retirados los flaps de aterrizaje junto a su mecanismo de pliegue y despliegue;

 

- otras numerosas modificaciones para aligerar la estructura del avión, hasta se retiraron los cinturones de hombros junto con su mecanismo de tensión (solo se dejaron los cinturones de cintura);

 

- otras modificaciones.

 

Este avión no se equipó con cabina hermética al igual que sus antecesores, diseñados para vuelos a grandes altitudes.

 

Como resultado, la masa de vuelo alcanzó el mínimo record: 2.500kg. La masa de aterrizaje se redujo hasta 2.280, es decir, aproximadamente en 250kg.

 

La falta de los flaps no hizo dificultar el aterrizaje, dado que la velocidad de aterrizaje no superaba los 125-130k/h.

 

El motor M-106PV, dotado del sistema de inyección de agua, funcionaba estable a revoluciones nominales de 2.650rpm, sin interrupciones ni “cortes” en todo el rango de altitudes, incluyendo el techo práctico.

 

Los sistemas de refrigeración del agua y del aceite permitían efectuar un ascenso continuo hasta alcanzar el techo práctico, con el motor funcionando a potencia nominal y en el régimen óptimo de ascenso sin necesidad de realizar “escalones” intermedias.

 

El Yak-9PD con el motor M-106PV, dotado del sistema de inyección de agua, tenia excelentes características de vuelo: la cota máxima, alcanzada con él durante las pruebas, era de 12.800 - 13.100m, siendo ésta el techo práctico del avión (más tarde se lograron alcanzar los 13.500m de altitud).

 

La velocidad máxima a la altitud calculada (en la segunda frontera de altitud, aproximadamente a 10.500m) era de 620km/h. El tiempo de ascenso hasta 11.000m era de 25 minutos. La velocidad vertical media hasta los 5.000m era alrededor de 15m/seg.

 

La falta de la cabina hermética impedía permanecer a las altitudes cercanas al techo durante un tiempo prolongado incluso con el equipo de oxigeno, lo que reducía la capacidad de combate del avión cuando se usaba como interceptor a gran altitud.

 

La construcción del Yak-9PD con el motor M-106PV finalizó el 20 de abril de 1944. Las pruebas de fábrica se realizaron entre el 27 y el 30 abril de 1944. El piloto V.I. Yuganov realizó 3 vuelos con una duración total de 1 hora 30 minutos. Posteriormente el avión fue entregado al 12º GIAP de PVO de Moscú, donde estuvo en servicio hasta el final de la guerra, usándose con éxito.

 

Este fue el último modelo más exitoso del caza-interceptor de gran altitud. Pero no llegó a participar en combates, dado que en el momento de su creación ya no había raids de la aviación alemana sobre Moscú.

 

La fábrica de Moscú ¹301 transformó 30 aviones de serie Yak-9PD M-105PD, instalando el motor M-106PV. Dicho lo anterior, en total se fabricaron 35 Yak-9PD con los motores M-105PD y M-106PV.

 

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