В начале 30-х годов стало ясно, что один из самых массовых и многоцелевых самолётов — Р-5 конструкции Н. Н. Поликарпова уже не отвечает возрастающим требованиям к самолётам такого типа. К февралю 1931 года НИИ ВВС разработало тактико-технические требования для нового самолёта, получившего название «войскового». А 4 июля 1932 года Совет Труда и Обороны поручил проектирование и строительство такой машины коллективу Харьковского авиационного завода опытного и серийного самолётостроения (ХАЗОСС) во главе с директором и главным конструктором К.А. Калининым.
Первые пятилетки для конструкторского бюро Калинина оказались весьма удачными. В этот период были построены и успешно летали многоцелевые самолёты К-9 и К-10. Завершалось изготовление гиганта К-7. И, наконец, новое задание — войсковой самолёт ВС-2 (по индексации КБ — К-12). Предполагалось, что ВС-2 сможет длительное время находиться во фронтовом небе и выполнять функции лёгкого бомбардировщика, войскового разведчика, корректировщика, фотосъёмщика, а если нужно, то и транспортно-санитарного самолёта. Максимальная скорость машины должна была составлять 250 км/ч на высоте 3000 м, радиус действия 350 км, бомбовая нагрузка 300 кг.
В апреле 1933 года харьковчане представили экспертам НИИ ВВС предварительные эскизные проекты будущего самолёта. Причём на их суд было вынесено три равнозначных варианта. Первый был скомпонован по традиционной схеме. Второй представлял собой двухбалочный рамный самолёт с хвостовой пулемётной установкой и экипажем внутри крыла. И, наконец, третий — самолёт-бесхвостка. Последний вариант казался Калинину наиболее интересным.
Специалисты подвергли чертежи и расчёты скрупулёзной проверке. Не раз обсуждался проект и на совещаниях у начальнике штаба ВВС В.К. Лаврова. Доводы К.А. Калинина оказались достаточно убедительными, чтобы остановиться на схеме «летающее крыло». Это был действительно смелый шаг: проблема создания самолётов-бесхвосток к тому времени практически и теоретически ещё не была решена. И в нашей стране, и за рубежом ею занимались многие конструкторы, но дальше постройки бесхвостых планеров и экспериментальных машин дело не шло.
Несколько позже, когда К-12 уже летал, Константин Алексеевич так характеризовал возможности своего детища: «Самолёт без хвоста, или иначе «бесхвостка», имеет много преимуществ перед обычным самолётом. При военном применении он особенно ценен своей маневренностью и возможностью огневой защиты». Действительно, отсутствие за крылом хвостового оперения давало возможность разместить сзади кормовую стрелковую башню для полной круговой обороны, что не удавалось сделать на самолётах обычных типов. Кроме того, машина такой схемы обладала меньшим лобовым сопротивлением, а значит — и большей скоростью, дальностью полёта, грузоподъёмностью. При силовых установках одинаковой мощности с самолётом традиционной схемы в «летающем крыле» вес распределяется по большей площади крыла, и его конструкция получается значительно легче.
Работа началась с продувки моделей в аэродинамической трубе ХАИ, и с учётом этих экспериментов в сентябре 1933 года появился второй эскизный проект. Новый вариант отличался от классического «летающего крыла», в документах КБ его называли «короткохвостым». Машина выглядела довольно необычно. Так, вдоль всей задней кромки крыла размещался мощный закрылок, что позволяло значительно уменьшить посадочную скорость. Именно поэтому руль высоты и стабилизатор крепились к задней части фюзеляжа. Элероны, получившие название «садовая скамейка», — на стойках в конце крыла. Органы управления такого типа в сочетании с закрылками впоследствии с успехом использовал на скоростных машинах американский конструктор Д. Нортроп.
Для крыла «короткохвосток» выбрали малоизвестный профиль НАСА R-106R, а само крыло было оснащено автоматическими и управляемыми предкрылками на передней его кромке.
Проектом предусматривалась гражданская модификация самолёта на 11 пассажиров с багажом.
Новый проект повлёк за собой новые продувки, и их результаты заставили К.А. Калинина всё же отказаться от «короткохвостой» схемы и вернуться к самолёту-бесхвостке. Соответственно не понадобились предкрылок, стабилизатор и выносные элероны. Для обеспечения продольной устойчивости была изменена и профилировка крыла: вместо НАСА R-106R с аэродинамической круткой крыла применили отечественный профиль ЦАГИ Р-11, удачно модифицированный конструкторами группы управления во главе с А.В. Коваленко. А вдоль всей задней кромки крыла на кронштейнах подвесили вспомогательную плоскость, выполняющую роль горизонтального оперения. Интересно, что она имела тот же профиль — ЦАГИ Р-11, перевёрнутый на 180° по отношению к крылу. Столь же неожиданное решение позволило добиться надёжной продольной устойчивости на всех режимах полёта. А крыло с модифицированным профилем, кроме того, обладало хорошими несущими свойствами при посадке в отличие от крыльев с отрицательной круткой профиля.
Функции вертикального оперения выполняли расположенные на концах крыла шайбы эллиптической формы. Рули направления отклонялись раздельно и только в наружную сторону.
Чтобы проверить свои теоретические расчёты, К.А. Калинин задумал построить ещё одну аэродинамическую модель, но только не продувочную, а летающую. В сущности, получился настоящий планер. Сделали его цельнодеревянным, в масштабе 1:2 — по отношению к самолёту. Лётчик-испытатель П.О. Борисов совершил на нём свыше ста успешных полётов, исследуя в реальных условиях различные режимы. Такая методика, кстати, получила широкое распространение уже в наши дни. Достаточно вспомнить пассажирский сверхзвуковой Ту-144 и его уменьшенную копию — самолёт-аналог.
В одном из первых полётов произошёл случай, подтвердивший правильность выбранный схемы. На высоте около трёх километров из-за недостаточной прочности сломалась качалка руля высоты. Планер резко клюнул носом, войдя в крутое пикирование, привязные ремни не выдержали перегрузки, и лётчика выбросило из кабины. Борисов благополучно опустился на землю с парашютом. Но цел остался и планер: он вдруг выровнялся, начал плавно снижаться по спирали и совершил нормальную посадку.
Высокая продольная и путевая устойчивость планера аналога позволяла совершать на нём дальние буксирные перелёты. Была также практически доказана возможность выполнения горизонтального полёта на «бесхвостке» с «брошенной» ручкой управления. Этот эксперимент, блестяще продемонстрированный Борисовым, практически доказал возможность продольной аэродинамической балансировки машин выбранной схемы. В целом же модель-аналог значительно ускорила и облегчила проектирование самолёта.
Испытания планера совпали по времени с переездом КБ в Воронеж, где К.А. Калинину предоставили новую производственную базу на авиационном заводе. Весь 1935 год уходит на размещение на новом месте, и только в начале следующего года опытный цех завода приступает к строительству реального самолёта.
Новая машина вобрала в себя результаты многочисленных расчётов, а также аэродинамических и натурных экспериментов. Каркас самолёта сваривался из хромансилевых труб, обшивка была полотняной, а у кабины лётчика и штурмана — дюралевой. Нервюры и лонжероны крыла, а также нервюры оперения выполнялись форменными, из труб. Для их расчёта применили оригинальную методику, разработанную инженером В.К. Золотухиным.
Каждая из консолей крыла представляла собой неразъёмный сварной узел, составленный из лонжеронов, нервюр, кромок и других узлов.
Крупными сварными агрегатами стали и три отсека фюзеляжа, соединявшиеся между собой болтами. Рулевые поверхности и концевые шайбы — из дюралевых труб, обтянутых полотном.
Шасси — неубирающееся, двухколёсное, баллонное, с тормозами. Хвостовое колесо имело масляно-пневматическую амортизацию.
В довольно просторном фюзеляже конструкторы расположили кассетный бомбодержатель КД-2, неподвижную фотоустановку АФА-13 и связную радиостанцию ВСК-2. В носу и корме фюзеляжа располагались установки пулемётов ШКАС в прозрачных поворотных башнях. Бомбовая нагрузка равнялась 500 кг.
Два двигателя М-22 по 480 л.с. с двухлопастными винтами фиксированного шага диаметром 2,8 м закрывались капотами НАСА с регулируемыми в полёте створками.
Экипаж состоял из трёх человек: лётчика, штурмана и хвостового стрелка. Управление самолётом было двойное — в кабине пилота располагался штурвал, в кабине штурмана — съёмная ручка.
В июле 1936 года К-12 выкатили на лётное поле. Лётчик испытатель П.О. Борисов занял своё место в кабине самолёта, закрыл замок фонаря. Недолгий разбег и К-12 взмыл в небо...
Оценивая результаты первых полётов, пресса отмечала, что «...самолёт конструкции т. Калинина, несмотря на его сравнительно большие размеры, имеет хорошие взлётно-посадочные характеристики. Он мало чувствителен к болтанке и очень устойчив в полёте».
В Воронеже К-12 выполнил программу заводских испытаний из 46 полётов, и в начале октября 1936 года его перегнали на подмосковный аэродром НИИ ВВС, где начались уже государственные испытания.
Конечно, не все полёты проходили гладко. Особенности поведения самолёта в воздухе, обусловленные применёнными К.А. Калининым новшествами, оказались непривычными для многих пилотов. Непреодолимым стал психологический барьер, не позволивший отрешиться от привычных стереотипов управления машинами обычных схем даже для такого опытнейшего лётчика-испытателя, как П.И. Стефановский. Пилот долго не мог приспособиться к оригинальному управлению самолётом, и это во многом определило дальнейшую судьбу машины.
У военных лётчиков К-12 вызвал большой интерес. В ходе испытаний ими высказывались замечания и пожелания, по которым К.А. Калинин и его небольшая группа оперативно производили доработки и изменения в конструкции самолёта.
18 августа 1937 года К-12 впервые показали на воздушном параде в Тушине. Выглядел он весьма необычно — по указанию начальника НИИ ВВС П.И. Баранова самолёт раскрасили под сказочную «Жар-птицу». Появление в небе столь необычной машины произвело большое впечатление на присутствовавших на празднике членов правительства и командование РККА.
В ходе испытаний, длившихся весь 1937 год, было доказано, что самолёт бесхвостой системы имеет хорошую устойчивость и управляемость и может уверенно летать, а его взлётно-посадочные характеристики позволяют эксплуатировать машину практически на любом аэродроме.
В то же время стало ясно, что далеко не все из стоявших проблем удалось решить. К-12 имел неудовлетворительную путевую устойчивость, сильный пикирующий момент, эффективность концевых шайб оказалась недостаточной. Не устраивали испытателей посадочные средства и конструкция стрелковых башен.
По результатам испытаний было сделано следующее заключение: «Самолёт ВС-2 представляет безусловный интерес, так как его постройкой впервые разрешён вопрос создания «летающего крыла» в вооружённом варианте». Никакая другая из бесхвосток не получила на испытаниях столь высокой оценки. Таким образом, К.А. Калинин и коллектив его КБ одержали убедительную победу. 12 декабря 1937 года помощник начальника ВВС Я.В. Смушкевич подписал официальное решение по отчёту об испытаниях самолёта К-12, в котором говорилось: «Отметить, что самолёт ВС-2 по своей принципиальной схеме представляет большой интерес для ВВС... Обеспечить доводку самолёта ВС-2 к 1 марта 1938 года, после чего предъявить его на испытания…»
В конце 1937 года Константину Алексеевичу для дальнейшей доводки К-12 предоставили один из авиационных заводов. В течение двух месяцев на машину установили более мощные двигатели М-25 с винтами изменяемого в полёте шага, убирающееся шасси с электроприводом и несколько изменённое вооружение.
В таком виде К-12 уже был рекомендован для серийного производства. Вместе с тем начал прорабатываться проект нового самолёта — на нём К.А. Калинин предполагал установить вертикальное оперение в струе винтов, сняв шайбы с концов крыла.
После коротких, но напряжённых испытаний К-12 одобрила государственная комиссия, а в апреле 1938 года был подписан акт о развёртывании серийного производства самолёта. Однако увидеть свою «жар-птицу» в серии конструктору не было суждено. Вскоре после ареста К.А, Калинин умер в воронежской тюрьме. Некоторое время небольшая серия из десяти К-12 все же строилась, но вскоре приказом наркома оборонной промышленности все работы были прекращены...
В историю авиации самолёт К-12 (ВС-2) вошёл как первый в мире реальный бомбардировщик бесхвостой схемы, отвечавший всем требованиям военной тактики своего времени. В 1958 году английский журнал «Эйр пикториэл» поместил фотографию К-12 с красноречивой подписью: «Эта машина явилась прототипом всех современных сверхзвуковых самолётов».