sci_tech Эдмунд Цихош Сверхзвуковые самолеты

В книге польского авиационного специалиста приведены основные летно-технические характеристики, фотографии, чертежи общих видов и компоновочных схем большинства современных отечественных и зарубежных сверхзвуковых самолетов. Кратко излагается история их разработки. Описывается оборудование различных типов сверхзвуковых самолетов и рассматриваются научно-технические проблемы, связанные с их созданием. Наиболее полное для настоящего времени справочное руководство по зарубежным и отечественным сверхзвуковым самолетам. Для конструкторов самолетов, студентов соответствующих специальностей вузов и лиц, интересующихся авиацией.

Прим. OCR: Первая появившаяся в СССР в открытой печати монография по сверхзвуковым самолетам. Охват и качество материала позволяют занимать этой книге одно из первых мест по упоминаниям в авиационной литературе по реактивным самолетам.

ru
Fiction Book Designer, FictionBook Editor Release 2.6, Fiction Book Investigator 03.08.2011 FBD-5CCD25-548A-974D-40A6-85E0-65EE-0A33D1 1.0 Сверхзвуковые самолеты М.: Мир 1983

Эдмунд Цихош

Сверхзвуковые самолеты

Dr. inz. EDMUND CICHOSZ

Rozwуj samolotуw naddzwiekowych Wydawnictwa Komunikacji i Lacznosci Warszawa 1980

Э. Цихош

Сверхзвуковые самолеты

Перевод с польского

канд. техн. наук Л. В. ЛЕВИЦКОГО, Л. Л. ТЕПЕРИНА и канд. экон. наук Ю. А. ИВАНОВА

Под редакцией

д-ра техн. наук, проф. В. Г. МИКЕЛАДЗЕ и канд. техн. наук Е. В. ЗЯБРЕВА

Цихош Э.

Сверхзвуковые самолеты: Справочное руководство. Пер. с польск.-М.: Мир, 1983.-432 е., ил.

В книге польского авиационного специалиста приведены основные летно-технические характеристики, фотографии, чертежи общих видов и компоновочных схем большинства современных отечественных и зарубежных сверхзвуковых самолетов. Кратко излагается история их разработки. Описывается оборудование различных типов сверхзвуковых самолетов и рассматриваются научно-технические проблемы, связанные с их созданием. Наиболее полное для настоящего времени справочное руководство по зарубежным и отечественным сверхзвуковым самолетам.

Для конструкторов самолетов, студентов соответствующих специальностей вузов и лиц, интересующихся авиацией.

Предисловие к русскому изданию

Книга польского авиационного специалиста Э. Цихоша, исправленное и дополненное издание которой предлагается советскому читателю, несомненно, будет встречена с большим интересом. Дело в том, что авиация, прежде всего сверхзвуковая,-это одна из наиболее динамичных и увлекательных областей современной техники, отражающая, пожалуй, наиболее наглядно извечное стремление человечества, по выражению М. Горького, «все вперед и выше». Таким образом, перед автором стояла благодарная задача-создать книгу, в которой были бы изложены история и тенденции развития сверхзвуковой авиации, основные проблемы, связанные с проектированием сверхзвуковых самолетов, а также по возможности полный обзор самолетов, разработанных в различных странах мира,-причем сделать это так, чтобы книга была интересной как специалисту, так и любителю. Можно с удовлетворением отметить, что автору это удалось.

Первая часть книги дает достаточно полную картину развития сверхзвуковых самолетов и их систем с первых послевоенных лет практически до наших дней. Много внимания уделено проблемам звукового, теплового и психологического барьеров, обзору различных аэродинамических схем и компоновок самолетов, типов двигательных установок и систем управления.

Большую ценность представляет вторая часть книги, в которой даются описания большинства сверхзвуковых самолетов, созданных в мире за время существования сверхзвуковой авиации. Эти материалы, включающие историю разработки, описание конструкции, двигателей и вооружения, летно- технические характеристики, иллюстрируются фотографиями и чертежами общих видов самолетов. Такой полный обзор сверхзвуковых самолетов появляется на русском языке впервые.

Однако следует отметить, что летно-технические данные зарубежных самолетов (особенно новых), заимствованные из западных источников информации, нередко носят рекламный характер, и поэтому должны восприниматься критически; с другой стороны, описания отечественных самолетов в книге сохранены в соответствии с авторским текстом, хотя и они не свободны от неточностей. Тем не менее эти недостатки, обусловленные объективными трудностями темы, не умаляют отмеченных выше достоинств книги.

Книга Э. Цихоша написана на хорошем научно-техническом уровне, содержит обширный фактический материал и богато иллюстрирована. Такая книга будет полезна специалистам авиационной промышленности и авиации, студентам соответствующих учебных заведений и многочисленным авиалюбителям.

В. Г. Микеладзе, Е. В. Зябрев

От автора

Когда 14 октября 1947 г. летчик Чарлз Егер на экспериментальном самолете XS-1 с ракетным двигателем достиг скорости, соответствующей числу Маха 1,06, стало ясно, что перед авиацией открылась еще малоизведанная область сверхзвуковых скоростей полета. В настоящее время благодаря применению высокоэффективных двигателей, оптимальной аэродинамической компоновки самолета (особенно его крыла), автоматических систем управления и совершенствованию технологии производства деталей из высокопрочных конструкционных материалов скорость серийных самолетов превзошла границу 3000 км/ч. Сейчас, т. е. через тридцать с небольшим лет после первого полета со сверхзвуковой скоростью, авиация стоит на пороге области гиперзвуковых скоростей, соответствующих числам Маха М = 6 -15. Научно-технические предпосылки для проникновения в эту область скоростей полета в настоящее время имеются, однако трудно предвидеть, какие препятствия возникнут при ее достижении. Тем не менее можно предположить, что попутно выявятся многочисленные проблемы, не менее сложные, чем те, которые существуют на современном этапе развития авиации.

Книга, предлагаемая читателям, посвящена разработке сверхзвуковых самолетов. В ней изложены наиболее важные проблемы аэродинамики и конструкции сверхзвуковых самолетов, связанные с их летными характеристиками.

Объем данной книги не позволяет в такой же мере рассмотреть проблемы разработки двигательных установок и оборудования для сверхзвуковых самолетов; эти вопросы достаточно полно освещены в других трудах.

В книге изложена история развития сверхзвуковых самолетов и приведены данные почти о всех самолетах этого класса, построенных во многих странах, касающиеся их геометрических и массовых параметров, а также летных характеристик.

В книге собраны обстоятельные сведения, хотя и в ограниченном объеме из-за неполной информации о некоторых военных самолетах и об опытных аппаратах, не изготовлявшихся серийно. С этой точки зрения хронологический обзор сверхзвуковых самолетов, приведенный во второй части книги, не является исчерпывающим, а общее число самолетов, имеющихся в данном обзоре,-88 типов-представляется ориентировочным. Это обусловлено тем, что к классу сверхзвуковых самолетов отнесены только те, которые могли развивать максимальную скорость крейсерского полета, соответствующую числу Маха не менее 1,3 (около 1400 км/ч). Тем самым исключался ряд самолетов, которые могли развить сверхзвуковую скорость лишь на некоторых форсированных режимах, например при пикировании или полете с ускорителем. Принятая система группировки типов самолетов для описания в книге соответствует принципу классификации на дозвуковые, околозвуковые (М = 0,8 – 1,3) и сверхзвуковые самолеты. При описании самолетов автору приходилось учитывать также и следующие чисто формальные обстоятельства:

1) Для некоторых самолетов отсутствуют четкие названия и летно-технические данные.

2) Некоторые модификации самолетов нередко объединялись под одним общим наименованием типа самолета, несмотря на значительную разницу в габаритах, двигателе, оборудовании и т.п. (это касается, например, такого самолета, как Р-1А, и его последующей модификации «Лайтнинг», а также самолетов «Тайгер» и «Супер-Тайгер», F-8U-1 и F-8U-3 и др., по которым работы были прерваны на этапе создания опытного экземпляра).

3) Некоторые самолеты отличались друг от друга из-за изменения общей схемы или названия в последующей модификации (такие самолеты, как «Мираж» III, «Мираж» 5 и «Кфир»),

В книге рассмотрены только те самолеты, на которых был осуществлен хотя бы один полет с последующим приземлением. Таким образом, отсутствуют описания значительной группы сверхзвуковых самолетов, по которым работы были прерваны на этапах проектирования или наземных испытаний. С учетом этих ограничений представленный обзор является достаточно полным. Очередность, в которой приведены описания самолетов, определяется датой облета первого опытного экземпляра независимо от времени испытаний модификаций самолета, введенных как перед налаживанием серийного выпуска, так и за все время существования и эксплуатации описываемого типа самолета. Если о точной дате первого облета не сообщалось, то за нее принимался конец соответствующего календарного года. При определении очередности описаний самолетов принималась также во внимание последовательность их наименований согласно латинскому алфавиту.

Характерной чертой развития сверхзвуковой авиации до середины 60-х годов был непрекращающийся поиск возможностей увеличения максимальной скорости. Переход от дозвуковой скорости полета до скорости, соответствующей числу Маха М = 2 (а затем М = 3,0), произошел относительно быстро, главным образом благодаря увеличению тяги двигателей и использованию стреловидного крыла. Оказалось, однако, что освоение авиацией новых областей скоростей и высот является весьма дорогостоящим мероприятием, выходящим за экономические возможности даже сильных в экономическом отношении государств, имеющих развитую авиационную промышленность. Это свидетельствует о том, что прогресс авиации, определявшийся первоначально достижениями науки и техники, в дальнейшем оказался связанным в большей мере финансовыми возможностями, чем научно-техническими. Такое положение подтверждается статистическими данными по постепенному уменьшению за период с 1946 по 1978 г. количества новых типов самолетов, внедренных в серийное производство. Можно также полагать, что и в дальнейшем число новых типов самолетов будет уменьшаться, тем более что уже сегодня военная авиация сосредоточила свое внимание главным образом на совершенствовании оборудования самолетов, которое улучшает их характеристики. Конструкторы современных сверхзвуковых самолетов проводят работы по улучшению маневренности и обеспечению запаса скорости в диапазоне чисел Маха 0,8-1,2, наиболее широко используемом в воздушном бою, по увеличению максимальной скорости на малых высотах полета, а также по снижению чувствительности самолетов к турбулентности атмосферы и самовозбуждающимся колебаниям. Значительное внимание уделяется задаче уменьшения посадочной скорости с целью обеспечения безопасности экипажа и возможности использования автомобильных дорог или наскоро подготавливаемых взлетно-посадочных полос. Кроме того, проводятся также интенсивные работы и вкладываются значительные средства для улучшения технологичности конструкции, повышения надежности, экономичности, удобства эксплуатации и т. п. С этой точки зрения работы, проводимые в последние годы и намечаемые на ближайшее будущее, состоят в поисках простых и эффективных аэродинамических и конструктивных решений с использованием легких, прочных и технологичных материалов.

Можно считать, что в общем проектировании самолета (главным образом в части аэродинамики и статической прочности) уже достигнут значительный прогресс благодаря применению современных электронно-вычислительных машин, позволяющих с минимальными затратами времени производить расчет большого числа проектных вариантов.

Прогрессу авиации за последние тридцать с лишним лет, несомненно, способствовало появление двигателей новых типов. Нельзя, однако, умалять, а тем более игнорировать и роль других усовершенствований, позволивших улучшить летно-тактические данные самолетов. Ведь любое техническое достижение всегда является результатом развития многих отраслей, даже общим прогрессом цивилизации и подъемом уровня технической культуры современного человека.

Ограниченный объем данной книги, а также ее целевое назначение не позволяют всесторонне осветить все проблемы, связанные с разработкой, производством и эксплуатацией сверхзвуковых самолетов. Поэтому основное внимание в книге уделено изложению лишь общих проблем, представляющих интерес также и для читателя, не имеющего специальной подготовки в области авиационной техники.

Варшава, июнь 1979 г.

Число типов сверхзвуковых самолетов, облетанных в период 1946-1980 гг.

Часть первая

ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ СВЕРХЗВУКОВЫХ САМОЛЕТОВ

1. Конструктивная идея боевого сверхзвукового самолета

Известно, что основные пути развития авиации определялись и определяются главным образом прогрессом летательных аппаратов военного применения, на разработку которых затрачиваются большие силы и средства. При этом гражданская авиация, для которой надежность и удобство эксплуатации имеют решающее значение, обычно идет по пути, проторенному создателями военных самолетов. Указанная закономерность подтверждается тем фактом, что из общего числа 88 облетанных сверхзвуковых самолетов, описание которых приведено в данной книге, имеются только 3, которые можно зачислить в чисто гражданские (ВАС-221, Ту-144 и «Конкорд»), а также 4 экспериментальных, созданных с учетом потребностей гражданской авиации («Аналог» 144, FD-2, 1488 и ХВ-70А). Остальные самолеты имели военное назначение. Как следует из табл. 1, серийно выпускались 43 типа самолетов военного назначения и 2 типа пассажирских самолетов.

Среди военных типов самолетов самую большую группу составляют истребители (57), из которых 36 строились серийно (при этом не учитывается планируемое производство самолетов «Сюпер-Мираж» 4000, F-18 и XFV-12). В это общее число включены облетанные и изготовлявшиеся серийно истребители-перехватчики (соответственно 20 и 7), истребители-бомбардировщики (соответственно 14 и 8; в эту группу включены самолеты «Ягуар» и Т-2, соответствующие модификации которых зачислены также в группу учебно-тренировочных самолетов, но не учитывался XFV-12A, который не запускался в серийное производство), а также многоцелевые истребители (соответственно 23 и 20 с учетом планирования серийного производства «Торнадо»), Кроме того, облетаны 8 типов опытных бомбардировщиков или бомбардировщиков-разведчиков (6 из них были запущены в серийное производство), а также 1 самолет-разведчик и 1 учебно-тренировочный самолет, которые выпускались серийно.

Таким образом, приведенные данные свидетельствуют о том, что сверхзвуковые самолеты развивались главным образом как военные, причем преимущественно как истребители. Содержание настоящего обзора основано на материалах, опубликованных в западной прессе за последние 25 лет. Идеи боевого применения авиации в разных условиях, изложенные в этих публикациях, в большинстве случаев нельзя признать как официальную военную доктрину. Чаще всего в них приводится лишь точка зрения авторов соответствующих статей, которая тем не менее обычно отражает мнение военных специалистов или специалистов авиационной промышленности.

Таким образом, изложенные ниже идеи являются своего рода философией развития западной военной авиации. Эта философия имеет много аспектов, однако следует учитывать, что наряду с чисто военными факторами, связанными с усовершенствованием методов и средств использования авиации, важную роль в западных странах играла политика военно-промышленных комплексов.

Кроме того, следует иметь в виду, что связь между развитием авиационной техники и ее использованием носит двусторонний характер. С одной стороны, постановка новых задач вдохновляет конструкторов самолетов на поиск лучших технических решений. С другой стороны, разработка новой авиационной техники открывает перед авиацией новые возможности ее применения.

Первое поколение сверхзвуковых самолетов

8 ноября 1950 г. во время войны в Корее впервые в истории авиации дело дошло до непосредственного применения реактивных истребителей. В ходе войны выяснилось, что истребитель МиГ-15 конструкции А. И. Микояна со стреловидным крылом по ускорениям, маневренности и максимальной скорости значительно превосходит американские самолеты «Шутинг Стар» F-80 фирмы «Локхид» и «Сандерстрик» F-84 фирмы «Рипаблик» с прямым крылом. Из этого факта на Западе был сделан вывод, что решающими факторами в борьбе за превосходство в воздухе являются максимальная скорость и оснащение самолета управляемым ракетным оружием.

В США в первую очередь был ускорен выпуск самолета «Сейбр» F-86 фирмы «Норт Америкен», который признавался отвечающим этим требованиям ввиду применения стреловидного крыла и предполагаемой высокой максимальной скорости. Затем была развернута программа строительства самолетов «Скорпион» F-89 фирмы «Нортроп» и «Старфайр» F-94 фирмы «Локхид». Со своей стороны, стремление к достижению все больших скоростей и к мощному вооружению в ущерб иным показателям, главным образом маневренности, привело к концепции самолета «истребитель-бомбардировщик». У такого самолета способность к выполнению тактических задач поддержки войск с воздуха сочетается с высокой скоростью, причем высокая скорость в дальнейшем была признана решающим фактором как в отношении эффективности поддержки с воздуха, так и для превосходства в воздухе. Использование этих критериев и боевого опыта привело к тому, что поколение дозвуковых истребителей F-86, F-89 и F-94, сконструированных около 1950 г., характеризовалось высокой скоростью полета и возможностью эксплуатации в любых атмосферных условиях, а также способностью к перехвату цели с помощью радара.

Рис. 1.1. Советский истребитель МиГ-21, принадлежащий к числу наиболее популярных сверхзвуковых самолетов.

Рис. 1.2. Американский истребитель «Старфайтер» F-104S.

Другой характерной чертой самолетов этой группы была их способность уничтожать цели с помощью неуправляемых или управляемых (только самолет F-89) ракет с одновременным исключением стрелкового вооружения. Следовательно, на первый план был выдвинут автоматизированный бой, целью которого являлось внезапное уничтожение самолета противника, с полным исключением классического воздушного боя, основанного на мастерстве и инициативе пилота. Этот взгляд достиг апогея в первой половине 50-х годов, когда был разработан и испытан в полете сверхзвуковой самолет «Старфайтер» F-104. Его концепция была признана революционной, определяющей будущее самолета-истребителя.

Из-за характерного силуэта и габаритных пропорций (сильно вытянутый фюзеляж и прямое крыло малого удлинения) самолет F-104 был назван «пилотируемой ракетой», что отражало тенденцию к переходу самолета в разряд дистанционно управляемого оружия. Такой самолет должен удовлетворять только одному условию-достигать все больших скоростей полета путем преодоления технологических преград (одна из них была названа в свое время «тепловым барьером»). Через несколько лет «пилотируемая ракета» стала объектом насмешек, а в ФРГ ее не без основания назвали «летающим гробом».

Таблица 1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СВЕРХЗВУКОВЫХ САМОЛЕТОВ Таблица 1 ( продолжение )

Обозначения:

Назначение самолета-. Б – бомбардировщик; БР – бомбардировщик-разведчик; ИБ – истребитель-бомбардировщик; ИМ – истребитель многоцелевой; ИП – истребитель-перехватчик; Э – экспериментальный; Пс – пассажирский; Р – разведчик; УБ – учебно-боевой; УТ – учебно-тренировочный.

Производство: ОЭ – опытный экземпляр; С – серийное производство; * – планируемое производство.

Тип двигателя: ЖРД – жидкостный ракетный; ПВРД – прямоточный; ТВРД – турбовентиляторный (турбореактивный двухконтурный); ТРД – турбореактивный одноконтурный.

Характеристика: Г – геометрический уступ передней кромки крыла; Д – дифференциальный управляемый стабилизатор; ЗЭ – зависающие элероны; ИГ – крыло изменяемой геометрии; К – крыльевые (элевоны или ниши уборки шасси); КРВ – крыльевой руль высоты; Н – нерегулируемый воздухозаборник; Р – регулируемый воздухозаборник; СПС – сдув пограничного слоя; Ф – фюзеляжные ниши уборки шасси; Фк – фюзеляжно-крыльевые ниши уборки шасси; Щ – щелевые (закрылки или уступ передней кромки крыла); Э – эжекторные закрылки.

Опущенные порядковые номера соответствуют самолетам, по которым отсутствует достаточная информация.

Влияние, которое оказала на конструкцию самолетов тенденция автоматизации истребителя, ощущалось вплоть до второй половины 60-х годов. В ходе очередных военных конфликтов выявилось, что превосходство в скорости и вооружении управляемыми ракетами не обеспечивает победы в воздушном бою. Опыт вьетнамской, а также индо-пакистанской и арабо- израильских войн не только подтвердил значение воздушного боя (понимаемого в классическом смысле, когда необходимо учитывать конкретные преднамеренные и целенаправленные действия противника), но также показал, что в определенных условиях успех боя зависит скорее от стрелкового, чем от ракетного оружия, и что в итоге превосходство в воздухе так же часто зависит от результатов воздушного боя, как результат этого боя зависит от маневренности и разнообразия вооружения самолета. В конце концов мнение, что самолет, лишенный управляемых ракет класса воздух – воздух, уступает самолету, оснащенному таким вооружением, и что это превосходство не компенсируется ни лучшей управляемостью, ни иными показателями, оказалось ошибочным.

Заодно был опрокинут своеобразный «миф» о ракете «Сайдуиндер», составлявшей в то время основное (часто единственное) оружие почти всех американских истребителей. Боевая практика же показала, что ракета «Сайдуиндер» эффективна лишь в случае, когда атакующий самолет находится в оптимальной позиции (прямо по цели-с одновременным условием: атакуемый противник не должен заметить яркой вспышки запуска двигателя ракеты), так как ввиду малой маневренности ракета не достигнет самолета, производящего противоракетный маневр. Управляемые ракеты того времени имели еще один недостаток, а именно-они не дифференцировали цели по принципу «чужой-свой».

Поскольку лишь немногие самолеты имели постоянное стрелковое вооружение, была предпринята попытка подвески пушек в контейнерах на внешних замках (например, в самолетах F-4C). Однако оказалось, что такое вооружение эффективно лишь при поражении наземных целей, но совершенно непригодно в атаках на воздушные цели ввиду вибрации контейнеров, затрудняющей прицеливание.

Только разработка новых самолетов со всеми видами вооружения (например, F-4E) выявила достоинства ракет как оружия, дополняющего стрелковое вооружение, поскольку в ситуациях, отличных от ближнего боя, на вираже, они значительно эффективнее пушек. Выяснилось, что использование комбинации стрелкового вооружения с управляемыми ракетами увеличивает гибкость воздушного боя, в котором, правда, ограничена возможность автоматического поражения цели, но зато обеспечено ведение ближнего боя. Таким образом, практика применения вывела развитие самолета-истребителя на правильный путь благодаря признанию того факта, что именно истребитель решает задачу превосходства в воздухе. Это впоследствии сделало возможным выполнение всех прочих задач, таких, как тактическая бомбардировка, поддержка с воздуха, разведка, наблюдение и т. п.

Прежде чем это случилось, т.е. вплоть до середины 60-х годов, когда развитие американских самолетов сотой серии (от F-100 до F-111) достигло своей кульминации (рекорд 3332,5 км/ч у самолета YF-12A), акцент делался на максимальную скорость, в результате чего «пилотируемая ракета» действительно двигалась все быстрее, но утрачивала способность к «полету» в классическом значении этого слова. Это, очевидно, нашло отражение в технических параметрах американских истребителей, облетанных в 1953-1958 гг. Особенно это касается взлетной массы, которая с 10921 кг (F-11) возросла сначала до 15420 кг (F-8D), затем 23 832 кг (F-105D) и достигла максимального значения 24 765 кг (F-4B).

В этой ситуации необходимым оказалось не только использование стреловидного крыла, но также увеличение его удельной нагрузки до 475-665 кг/м? и применение профиля с малой относительной толщиной (5-3%). Поскольку увеличение удельной нагрузки и стреловидности крыла и уменьшение относительной толщины профиля отрицательно влияют на скорость приземления и маневренность, такие самолеты характеризовались большой посадочной скоростью (свыше 300 км/ч), а также неспособностью к выполнению фигур высшего пилотажа с большими перегрузками. Первое исключило возможность базирования таких самолетов на аэродромах без специальных взлетно-посадочных полос длиной 2,5-3 км, второе-целесообразность их использования для ближнего воздушного боя.

Рис. 1.3. Тенденции изменения взлетной массы и максимальной скорости американских истребителей.

^ поршневые самолеты; ? околозвуковые самолеты; • сверхзвуковые самолеты.

Впоследствии, уже в начале 60-х годов, в США пришлось выполнить большой объем научно-исследовательских и опытно- конструкторских работ для изменения создавшейся ситуации в направлении возвращения самолету его наиболее характерных свойств.

В Западной Европе концепция самолета-истребителя развивалась несколько иначе. Западноевропейские условия войны предопределяли иной, отличающийся от американского подход. Ввиду малых расстояний в Европе весьма ограничено время, которым можно располагать от момента объявления тревоги до успешного перехвата цели. Этот фактор позволяет также относительно проще уничтожать стационарные наземные средства, главным образом аэродромы, средства навигации и наведения.

В процессе развития концепций самолетов оказалось, что большую роль играют также ограниченные экономические ресурсы, вынуждающие европейские государства искать дополнительные возможности. Таким образом, на начальном этапе к западноевропейскому самолету-истребителю предъявлялись следующие требования: высокая боеготовность, максимальная скороподъемность и максимальная скорость в горизонтальном полете (не менее чем М = 2), относительная независимость от стационарных наземных средств (в том числе возможность эксплуатации с аэродромов без твердого покрытия), легкость и простота конструкции. В дальнейшем эти требования были дополнены задачей многоцелевого назначения.

Развитие западноевропейской сверхзвуковой авиации начала Франция реализацией идеи создания легких истребителей, способных к выполнению задач перехвата, отличающихся высокой маневренностью и высокой скороподъемностью в любых погодных условиях. Предпосылкой к разработке новых французских самолетов были тактико-технические требования, опубликованные в 1953 г. На основе этих требований в 1953-1956 гг. было создано шесть новых типов самолетов.

Безусловно, значение этого факта заключается не столько в числе новых типов самолетов, сколько в разнообразии путей поиска наилучших решений, позволившем проверить пригодность для сверхзвуковой авиации ряда нововведений, а именно:

– прямоугольного крыла малого удлинения («Тридан», облетан в 1953 г.);

– классической схемы в совокупности с треугольным крылом («Жерфо», 1954 г.);

– треугольного крыла в схеме «бесхвостка» с дополнительной дестабилизирующей поверхностью («Гриффон», 1955 г.);

– той же схемы, но без дестабилизатора («Мираж» I, 1955 г.; «Дюрандаль», 1956 г.);

– комбинированной двигательной установки, состоящей из турбореактивных и ракетного («Тридан») либо турбопрямоточного («Гриффон», «Ледюк» 022, 1956 г.) двигателей;

– ракетного стартового ускорителя («Дюрандаль», «Мираж»).

Позднее изменение концепции назначения самолета послужило поводом к прекращению работ над этими самолетами на стадии опытного образца. Лишь программа «Мираж» была продолжена, но уже в существенно измененном виде. Тем не менее полученный опыт был использован при разработке новых типов самолетов. Здесь уместно напомнить, что аналогичную судьбу имел английский экспериментальный самолет с комбинированным двигателем SR.53, на базе которого планировалась разработка самолета SR.177, отвечающего идее легкого самолета-перехватчика. Однако его программа была свернута по другим обстоятельствам. Проводившаяся в жизнь в США еще со второй половины 50-х годов идея вытеснения пилотируемого самолета-истребителя управляемой ракетой стала в Великобритании официальной доктриной: согласно «Белой Книге обороны» за 1957 г., последним английским пилотируемым истребителем должен был стать Р. 1В, который позднее назвали «Лайтнинг».

На втором этапе развития западноевропейской сверхзвуковой авиации была разработана концепция так называемого многоцелевого истребителя. Эта концепция была проверена в европейских условиях в минувшем двадцатилетии; она сохраняет свою актуальность и на будущее. Типичным примером развития этой концепции на рубеже 1950-1960-х годов был французский самолет «Мираж» III, а на рубеже 1960-1970-х годов-самолеты «Ягуар» и «Торнадо», разрабатывавшиеся совместно несколькими западноевропейскими странами, а также шведский «Вигген». Разница между первым и остальными заключалась в том, что «Мираж» III модернизировался по мере своего развития и развития текущих потребностей, тогда как универсальность остальных предусматривалась уже на стадии эскизного проекта с учетом накопленного в области сверхзвуковой техники опыта, разработки новых типов оборудования, совершенных двигателей и т.п.

Однако на развитие самолета «Мираж» и его модификаций повлияла главным образом смена концепции его назначения. Это касается в определенной степени также самолетов «Дракен», «Лайтнинг» и модификации G самолета F-104. Еще не были реализованы проекты легкого самолета-перехватчика, когда военно-воздушные силы западных стран приняли решение по приспособлению самолетов к условиям атомной войны. В этих условиях истребитель- перехватчик должен иметь совсем иные свойства, так как он не может уже полагаться на помощь наземных радиолокационных станций, которые к этому времени могут быть уничтожены в результате атомной атаки; таким образом, самолет должен иметь соответствующее автономное радиолокационное и навигационное оборудование. Ввиду такого изменения требований конструкторы вынуждены были отказаться от реализации варианта легкого истребителя и принять новую концепцию самолета с увеличенным фюзеляжем, в котором могло бы разместиться оборудование, требуемое для новых задач. Однако со временем, когда во второй половине 50-х годов были поставлены на вооружение баллистические ракеты дальнего радиуса действия и уменьшилось значение бомбардировочной авиации среднего и дальнего проникновения, стало ясно, что и эта концепция должна претерпеть изменения. Было признано, что существование специализированных истребителей-перехватчиков, предназначенных для уничтожения самолетов неприятеля (а особенно его бомбардировщиков), утратило свой смысл.

Рис. 1.4. Компоновочная схема английского самолета TSR.2.

1-передний лонжерон; 2-задний лонжерон; 3-крыльевой топливный бак; 4, 5-закрылки; 6-обтекатели узлов навески закрылков; 7-отогнутые книзу концы крыла; 8-дифференциальный управляемый стабилизатор; 9-узлы навески плоскостей управляемого стабилизатора; 70-закрылки стабилизатора; 11 -управляемый киль; 12- узел навески киля; 13-антенна; 14-носовой обтекатель РЛС; 15 РЛС; 16, 17-кабина экипажа; 18-антенна доплеровского высотомера; 19- отсек оборудования; 20-антенна радиолокатора бокового обзора; 21 -передняя стойка шасси; 22-25-фюзеляжные топливные баки; 26- воздухозаборники двигателей; 27-бомбоотсек; 28-турбореактивные двигатели (два); 29-главные стойки шасси; 30-люки ниш уборки главного шасси; 31 -тормозные щитки.

Именно поэтому была разработана концепция многоцелевого истребителя, который вначале, кроме способности к перехвату, мог атаковать также и наземные цели. В последующие годы универсальность назначения неуклонно расширялась по мере появления новых потребностей и совершенствования авиационной техники. Однако приспособление самолетов к выполнению все более трудных задач привело к увеличению взлетной массы с 5-7 т (французские «легкие истребители») до 9-11 т, усложнению конструкции и оборудования и возрастанию закупочной цены. Введение самолетов новых типов в вооруженных силах отдельных стран привело в свою очередь к изменению тактики действия авиации во время подавления противовоздушной обороны противника. Ведь еще в начале 50-х годов в военной авиации западных стран был распространен тезис о нечувствительности современных бомбардировщиков к атакам самолетов-истребителей. Поэтому в Великобритании, например, в 1951-1952 гг. были испытаны три самолета-бомбардировщика так называемой серии V: «Вэлиент» фирмы «Виккерс», «Вулкан» фирмы «Хоукер» и «Виктор» фирмы «Хэндли Пэйдж» – с максимальной скоростью около 1000 км/ч и потолком 15 000 – 18 500 м, предназначавшиеся для стратегических бомбардировок с использованием ядерных бомб. Появление ракетных комплексов класса земля- воздух с системами активного радиолокационного наведения существенно снизило вероятность выхода таких самолетов на цель. Потребовался переход к полетам на малых высотах, т.е. ниже зоны радиолокационного обнаружения и эффективного действия активных средств противовоздушной обороны. Поскольку специальных самолетов еще не существовало, такие полеты были возложены на обычные бомбардировщики. Однако опыт показал, что полеты на малых высотах с околозвуковой или сверхзвуковой скоростью имеют свою специфику и значительно отличаются от полетов на крейсерских высотах (гл. 2).

Рис. 1.5. Американские истребители-бомбардировщики «Тандерчиф» F-105 в полете.

С учетом этого начались исследования самолетов, специально предназначенных для полетов и выполнения заданий на небольших высотах со сверхзвуковыми скоростями. Первым из них в Западной Европе должен был стать самолет TSR.2. Кроме полезных для небольших высот пилотажных свойств, а также высокой эксплуатационной гибкости, он мог бы использовать ядерное и обычное вооружение различных видов, а также осуществлять фотографическую и радиолокационную разведку в любых погодных условиях днем и ночью. Этот самолет предполагалось приспособить к эксплуатации с полевых аэродромов (что упрощает рассредоточение и уменьшает уязвимость в отношении воздушных налетов), т.е. обеспечить его независимость от крупных аэродромов и комплексов наземных средств.

Правда, работы над самолетом TSR.2 закончились на этапе летных испытаний опытного образца, однако тем не менее они выявили сложность проблемы и тем самым принудили конструкторов к поиску иных, менее сложных решений. В первую очередь была рассмотрена проблема уменьшения тактического радиуса действия ввиду большого удельного расхода топлива при полете на малых высотах. Вначале наиболее рациональным решением было признано перемещение баз самолетов ближе к линии фронта. На практике оказалось, что таким путем нельзя выполнить поставленные задачи, поскольку приближение баз к зоне боевых действий увеличивает опасность уничтожения аэродромов и самолетов. Поэтому было решено приспособить самолеты к базированию на грунтовых аэродромах (путем использования эффективных средств механизации крыла и шасси с пониженным давлением в пневматиках), а также использовать маскировку самолетов от воздушного обнаружения. Для увеличения ресурса была усилена конструкция планера, а улучшение условий работы экипажа было достигнуто с помощью автоматов, обеспечивающих продольную стабилизацию самолета. Однако все эти мероприятия в совокупности привели к дальнейшему росту взлетной массы самолета до 12-16 т.

В США переход на концепцию атомного вооружения (с учетом вероятности его использования противником) имел в вопросах ведения воздушных боевых действий значительно большие последствия. Прежде всего было признано, что утратила значение обычная противовоздушная оборона, которую стали считать недостаточной для обеспечения возможностей ответного удара. Впоследствии, в конце 50-х годов, было проведено быстрое перевооружение истребительных подразделений противовоздушной обороны на тяжелые сверхзвуковые самолеты-перехватчики с высокой скороподъемностью, а также введены постоянные боевые дежурства, которые должны были сократить время перехвата до минимума. С другой стороны, было признано, что преодоление противовоздушной обороны противника, точный выход самолета на цель и осуществление ядерной бомбардировки будут возможны лишь при условии оснащения самолетов новыми совершенными навигационными средствами и электронным оборудованием, а также высокоэффективными системами управления вооружением самолета. Так как в США считается, что самолеты должны иметь большой радиус действия (3500-4500 км, тогда как в Западной Европе считается достаточным радиус действия 1800-2300 км), то взлетная масса самолетов выросла еще больше.

В этой ситуации было сочтено, что уменьшение затрат на все более дорогие самолеты возможно только путем вооружения тактической авиации истребителями-бомбардировщиками, приспособленными к выполнению и других задач, в частности разведки.

Первым американским сверхзвуковым истребителем, пригодным к транспортировке ядерного оружия (т.е. истребителем- бомбардировщиком), был F-105, а затем F-4. Они соответствовали концепции сбрасывания ядерных бомб с малой высоты, требующей соответствующего бортового оборудования. Самолет F-4, помимо основного варианта, выпускался также как перехватчик и разведчик.

Второе поколение сверхзвуковых самолетов

Прогресс в разработке двигательных установок и конструкции планера, а также достижения в области аэродинамики и технике управления привели к созданию на рубеже 1960-1970-х годов сверхзвуковых самолетов, которые обычно называют самолетами второго поколения. Для них характерно использование двухконтурных (турбовентиляторных) реактивных двигателей, которые, развивая такую же тягу, как одноконтурные, расходуют значительно меньше топлива. Использование таких двигателей позволило не только уменьшить массу самолета и увеличить его грузоподъемность, но также и уменьшить отношение массы самолета к тяге двигателя ниже 1 кг/даН, что вместе с другими усовершенствованиями привело к заметному увеличению маневренности, набора скорости и скороподъемности самолетов 70-х годов в сравнении с самолетами 50-х годов. Первым западным самолетом, положившим начало новому поколению, стал F-111, за ним были испытаны «Мираж» F.1 и «Вигген».

Кроме нового типа двигателя, эти самолеты имеют значительно более эффективные аэродинамические схемы, обеспечивающие высокую крейсерскую скорость в сочетании с небольшими скоростями взлета и посадки для возможности эксплуатации со срочно подготовленных аэродромов или гражданских автомобильных дорог. Для обеспечения таких характеристик первый из названных выше самолетов был выполнен с крылом изменяемой геометрии, второй-с крылом небольшой стреловидности, а третий-как биплан-тандем с треугольными крыльями. В самолете «Вигген» в дополнение к этому имеется устройство реверса тяги.

От самолетов первого поколения новые машины отличались главным образом меньшими скоростями приземления (около 220 км/ч) и взлета, а также возможностью их базирования на наскоро подготовленных аэродромах. Высокие летно-технические характеристики самолетов второго поколения связаны с использованием крыла изменяемой геометрии с разнообразной и эффективной механизацией, а также экономичных двигательных установок большой тяги, облегченных конструкций и т.п.

Некоторые данные выпускаемых серийно истребителей обоих поколений приведены в табл. 2.

Сейчас все шире распространяется мнение, согласно которому разработанные образцы сложной авиационной техники морально устаревают уже к моменту их принятия на вооружение. Это происходит не только ввиду разработки очередных типов в конструкторских бюро, но также (а может быть, и главным образом) ввиду изменения принципов использования авиации. Новый тип самолета, который должен эксплуатироваться в качестве боевой единицы не меньше 10 лет, требует почти столько же времени на прохождение от стадии обоснования тактико-технических характеристик проекта до начала серийного производства. Это означает, что намерения и возможности вероятного противника необходимо прогнозировать на период около 20 лет.

Как следует из сказанного выше, изменение взглядов на принципы применения авиации было столь частым и радикальным, что сегодняшнее прогнозирование на ближайшее двадцатилетие может оказаться фикцией. С учетом этого в Западной Европе установилось мнение, что снижение финансовых затрат и риска создания морально устаревших систем оружия может быть достигнуто, в частности, путем разработок многоцелевого самолета, который после определенной модернизации будет соответствовать текущим требованиям, т.е. сможет конкурировать даже с новейшими средствами более узкого назначения. Дополнительно уменьшить риск, а значит, увеличить вероятность успеха можно путем сохранения в тайне работ, связанных с новой программой, так как это затрудняет противнику прогнозирование развития собственных боевых средств. Так же как и в предыдущие годы, была заметна разница в концепциях самолетов второго поколения, созданных в Западной Европе и в США.

В проектах сверхзвуковых истребителей, разрабатывавшихся в 50-х годах, почти повсеместно принималось за аксиому то, что уничтожение наземных целей будет вестись с использованием траекторий полета, условно названных «высоко-низко-высоко». Это означает подлет к цели на большой (обычно оптимальной для данного самолета) высоте-снижение и до лет до цели (около 100 км) на малой высоте, выполнение задания и отлет на дистанцию около 100 км-возвращение на большой высоте с экономичной скоростью.

Развитие пассивных и активных средств противовоздушной обороны опровергло эти принципы и, как упоминалось выше, принудило авиацию к использованию траектории полета типа «низко-низко- низко», а следовательно, к выполнению продолжительных полетов на малой высоте с до- или сверхзвуковой скоростью.

С усложнением конструкции планера и оборудования самолета росла его масса, что влекло за собой рост закупочных цен и эксплуатационных затрат. К этому надо прибавить затраты на специализированные самолеты, предназначаемые для выполнения узкой задачи (такие самолеты создаются и в наше время). Тогда становится понятным появление концепции «легкого, простого и дешевого» многоцелевого самолета с отличными способностями проникновения в тыл врага на малой высоте и одновременно с хорошими летными данными на большой высоте.

Представителями этого направления развития боевой авиации являются в Западной Европе «Ягуар», «Торнадо», «Вигген» и «Мираж» F.I. Считается, что в европейских условиях понятие универсальности назначения следует значительно расширить, с тем чтобы в круг задач самолета входили не только перехват, но также ближняя и дальняя поддержка с воздуха, разведка и учебные задачи (учебно-тренировочные самолеты). Созданные многоцелевые самолеты имеют таким образом разработанную конструкцию, оборудование и вооружение, что смена этого оборудования и вооружения может производиться быстро и непосредственно перед полетом. Это означает, что универсальность применения указанных самолетов достигнута путем замены лишь немногих элементов, т. е. способность выполнять разные задачи связана не с различными вариантами конструкции, а лишь с заменой одних видов оборудования и вооружения на другие. Правда, принятие концепции универсальности повлекло за собой увеличение взлетной массы «легкого, простого и дешевого» самолета до 15 000-20 ООО кг, дополнительное усложнение конструкции и оснащения, а также повышение закупочных цен до 4-6 млн. долл. за экземпляр, но и это оказалось выгодным с военной и экономической точек зрения.

Таблица 2. Данные сверхзвуковых истребителей первого и второго поколений

1) Скорость подхода на посадку.

2) Номинальный радиус действия.

3) Удельная нагрузка на крыло для максимального угла стреловидности.

Рис. 1.6. Западноевропейский многоцелевой самолет «Ягуар».

Рис. 1.7. Западноевропейский многоцелевой самолет «Торнадо».

С военной точки зрения эта концепция обеспечивает гибкость и высокую эффективность использования малого числа боевых средств (уменьшение числа самолетов), а также упрощает обслуживание и материальное обеспечение (малое число типов). Выгодна она также в отношении экономики и организации, так как позволяет ограничить число профилей подготовки летного и наземного персонала, уменьшить производство запасных частей, упростить ремонт и т.п.

Поскольку разработка нового самолета становится сейчас все более сложной и дорогостоящей, каждый новый самолет является своего рода компромиссом, и даже суммой компромиссов, причем не только между разного рода техническими соображениями, но также и между более сложными факторами, учитывающими экономические возможности и оперативные требования. «Ягуар», выпускаемый совместно Францией и Великобританией, служит примером такого компромиссного подхода. Во французских оперативных требованиях было оговорено, что самолет должен выполнять учебные, тактические и морские задачи (британские требования оговаривали только первые два вида задач). Очевидно, во Франции стремились к разработке самолета настолько «типового», чтобы избежать производства трех различных типов самолетов, и вместе с тем настолько «гибкого», чтобы он был пригоден к выполнению всевозможных задач. К ним относятся:

– боевая подготовка пилотов и тренировка в полете по приборам;

– уничтожение целей на дистанции до 500 км за линией фронта;

– прикрытие наземных войск, и в частности поддержка с воздуха тактических соединений наземных сил, участие в борьбе за превосходство в воздухе;

– разведка поля боя;

– действия с палубы авианосца и поражение морских целей.

В тактико-технических требованиях были оговорены требования самостоятельного запуска двигательной установки, легкого доступа к важнейшим узлам конструкции и оборудования, высокой надежности, простого пилотирования и эксплуатации на земле, времени подготовки к полету не более 10-15 мин, времени технического обслуживания не более 10 ч на 1 ч полета и времени эксплуатации между капитальными ремонтами до 1000 ч.

С целью удовлетворения этих требований (а также финансовых, предусматривающих низкую единичную цену и минимальные эксплуатационные затраты) было решено сконструировать один самолет, способный при незначительной модификации выполнять все предполагаемые задания, а также подобрать планер, двигательную установку и оборудование настолько простые, чтобы обеспечивалось удобство эксплуатации, и вместе с тем настолько совершенные, чтобы могли быть выполнены все оперативные требования. Различия между видами задач, определенными для самолета британской и французской авиацией, привели к тому, что британский и французский «Ягуары», имея одинаковые планер, двигательную установку и шасси, а также оборудование общего характера (гидравлическое, электрическое, оборудование системы кондиционирования и т. п.), различаются оснащением, связанным непосредственно с выполнением заданий (главным образом навигационным оборудованием и средствами управления огнем).

Иную концепцию западноевропейского истребителя представляет «Торнадо». В соответствии с требованиями, заложенными в техническое задание, он должен был иметь:

– свойства самолета короткого взлета и высокие ускорения при околозвуковых скоростях, обеспечивающие выполнение заданий с полевых аэродромов и быструю адаптацию к изменению ситуации в воздухе;

– сверхзвуковую скорость и высокую устойчивость в бреющем полете на очень малой высоте с целью захвата врасплох противовоздушной обороны противника;

– большую тяговооруженность для быстрого набора высоты и скорости до М = 2 на больших высотах с целью успешного перехвата или быстрого отступления в разведывательных полетах;

– способность к действиям в любую погоду против наземных сил, аэродромов и т.п., а также к перехвату днем, ночью и во время неблагоприятных метеорологических условий;

– большую грузоподъемность, а также гибкость в ее использовании (вооружение, топливо, оборудование), обеспечивающую эффективность перехвата и атакующих действий для различных вариантов задач (цель, расстояние).

Рис. 1.8. Американский истребитель YF-16.

Удовлетворение этих требований должно было обеспечить выполнение самолетом шести типов задач, к которым относятся непосредственная поддержка войск, атака системы коммуникаций в зоне тактических действий, завоевание превосходства в воздухе над полем боя, перехват воздушных целей, воздушная разведка и поддержка действий подразделений военно- морских сил.

Это означает, что в Западной Европе концепция многоцелевого назначения боевых самолетов останется обязательной и в будущем, так как с западноевропейской точки зрения она выгодна по многим пунктам. Зато в военных кругах США во второй половине 60-х годов сформировалось мнение, что возрастание закупочных цен на многоцелевые самолеты, а также их недостаточная пригодность к воздушному бою (большая масса, низкая маневренность) требуют поиска новых решений.

Результатом этого подхода явилась программа разработки всепогодных истребителей F-14 (для авиации ВМС) и F-15 (для ВВС), которые должны были обеспечивать превосходство в воздухе. Однако в начале 70-х годов затраты на разработку и производство этих самолетов так возросли, что стала необходимой формулировка новых тактико-технических требований. Их основная идея отвечает европейской концепции легкого самолета-перехватчика 50-х годов с учетом последних достижений авиационной техники. На основе новых требований были разработаны два самолета-YF-16 и YF-17,- предназначенные исключительно для перехвата и только для дневных действий. Благодаря ограничению максимальной скорости новые самолеты отличаются не только малой массой и низкой стоимостью (по представлениям середины 70-х годов), но также высокой маневренностью и быстрым набором скорости в области околозвуковых скоростей полета (М = 0,8 4-1,2), которые, как следует из опыта 60-х годов, чаще всего используются во время воздушного боя.

Однако в 1976-1977 гг. выяснилось, что самолет F-14 не обладает требуемыми характеристиками, и для их достижения необходима замена двигателя (стоимость этой операции оценена в 1,7 млрд. долл.), а самолет F-16 нужно модернизировать в направлении универсальности, что наверняка отразится на его летных показателях, достигнутых к тому времени. Это касалось также самолета F-18, разработанного для авиации военно-морского флота США, который уже в тактико-технических требованиях был определен как многоцелевой. Очевидно, что не только теоретические концепции, но и военный опыт имел определяющее влияние на возвращение самолету его первостепенной роли в системе вооруженных сил.

2. Преодоление барьеров

Эволюция принципов использования сверхзвуковых самолетов происходила параллельно с объективной необходимостью непрерывного совершенствования техники, что побуждало к разработке и выпуску самолетов со все более высокими параметрами, среди которых на первый план выдвинулась максимальная скорость горизонтального полета. Конструкторская практика показала, что требование увеличения скорости связано с необходимостью преодоления своего рода барьеров, затрудняющих либо вообще делающих невозможным без изменения конструкции самолета механическое увеличение скорости полета за счет использования двигательных установок все большей тяги.

Наибольшие трудности вызвали в свое время «звуковой барьер» и «тепловой барьер», хотя и другие препятствия технического и нетехнического характера составляли определенные проблемы, требующие специальных исследований и соответствующих усовершенствований конструкции самолета. К таким проблемам относили проблему управляемости самолета при околозвуковых скоростях, проблему полета на малой высоте, условно названную «психологическим барьером», а также экономические факторы, вытекающие из непрерывного и быстрого роста затрат на реализацию новых разработок. Ориентировочно можно принять, что в 40-х годах основные усилия конструкторов были направлены на решение проблемы управляемости самолета и преодоления звукового барьера, в 50-х-теплового барьера, в 60-х-психологического барьера. Для 70-х годов было характерно в принципе отсутствие технологических препятствий для дальнейшего совершенствования самолета, но одновременно и существование «экономического барьера», определяющего не столько технический уровень и летные качества самолета, сколько количественный состав авиации.

Общепринято считать, что главным препятствием к достижению самолетом сверхзвуковой скорости был звуковой барьер, который проявлялся в неожиданном резком росте аэродинамического сопротивления самолету. В действительности резкое возрастание сопротивления при околозвуковых скоростях-лишь один из аспектов звукового барьера, которому сопутствуют изменение величины и точки приложения подъемной силы самолета (а вследствии этого-утрата устойчивости), ухудшение либо полная потеря управляемости (иногда даже с противоположным эффектом управляющих воздействий), тенденция к возникновению самовозбуждающихся колебаний (особенно опасных для конструкции) и т. д. Ввиду этого многие специалисты придерживаются мнения, что преодолеть околозвуковой максимум аэродинамического сопротивления было все же относительно просто, тогда как действительным барьером оказалась проблема обеспечения самолету необходимой устойчивости, а особенно эффективности действия управляющих поверхностей во время прохождения диапазона околозвуковых скоростей. Впрочем, с этой проблемой сталкивались уже раньше.

Во время второй мировой войны авиационные поршневые моторы достигли предельных возможностей, благодаря чему самолеты в горизонтальном полете приобрели максимальную скорость ~ 700 км/ч. Попытки дальнейшего увеличения скорости полета путем оснащения самолетов двигательными установками все большей тяги приводили к неудачам. Потребовалось выяснить физические причины отрицательных явлений, которые сопутствовали таким скоростям. Оказалось, что важнейшими из них являются изменение устойчивости самолета с одновременным снижением эффективности управляющих поверхностей, а затем резкое возрастание аэродинамического сопротивления. Таким образом, оказалось, что аэродинамический расчет самолетов, развивающих во время пикирования максимальную скорость, соответствующую М = 0,7-^-0,75, не учитывает важных явлений аэродинамики, и дальнейший прогресс авиации возможен лишь при изменении аэродинамической схемы самолетов и использовании реактивного двигателя.

Рис. 1.9. Американские экспериментальные самолеты (слева снизу по часовой стрелке): Х-1А, D-558-I, XF-92A, Х-5, D-558-II, Х-4 и Х-3 (в центре).

Тем не менее проблема еще не была осознана полностью, и первые реактивные самолеты проектировались в соответствии с требованиями аэродинамики винтомоторных самолетов, либо (даже чаще) планеры этих самолетов модифицировались лишь в пределах, необходимых для установки реактивного двигателя. Однако реактивные самолеты развивали большую скорость, чем самолеты с винтомоторной силовой установкой, поэтому острота проблемы стала нарастать. Полет, в котором возникали указанные выше явления, часто заканчивался катастрофой. Причины таких катастроф были окончательно выяснены лишь в последующие годы, и только изменение аэродинамической схемы околозвукового самолета (а позднее-сверхзвукового) позволило окончательно решить эту проблему.

Стали создаваться самолеты со все большей стреловидностью крыла, меньшей относительной толщиной профиля и большей удельной нагрузкой на крыло. Очевидно, именно такое, а не иное направление развития самолета было связано с главной целью-увеличением максимальной скорости полета. Однако такая эволюция в области аэродинамики и конструкции была в принципе односторонней, так как следствием ее было не только уменьшение коэффициентов сопротивления при высоких скоростях, но и уменьшение коэффициента подъемной силы при любых скоростях. Это отрицательно повлияло, в частности, на посадочную скорость, которая с точки зрения безопасности экипажа и надежности конструкции должна быть как можно меньшей.

Резкое увеличение аэродинамического сопротивления самолета при околозвуковых скоростях полета требует увеличения тяги, необходимой для его преодоления, или изыскания способов снижения этого сопротивления. Первый путь весьма неэкономичен, поскольку двигатель большой тяги не только потребляет значительно большее количество топлива, но и, использованный в аэродинамически несовершенных самолетах, лишь несущественно увеличивает скорость полета. Такой способ вынужденно применялся в экспериментальных самолетах на начальном этапе развития сверхзвуковой авиации. Например, самолет Х-1 фирмы «Белл», сверхзвуковая скорость полета которого была достигнута именно таким путем, мог летать с работающим двигателем не дольше 5-10 мин и поэтому не был способен выполнять какие-либо боевые задания. Кроме того, как выяснилось при испытаниях этого самолета, достижение им сверхзвуковых скоростей было связано с нарушением устойчивости и управляемости и даже приводило к аварийным ситуациям. Именно с этих позиций второй путь достижения сверхзвуковых скоростей полета является экономичным, а его реализация – выдающимся этапом развития авиации.

Звуковой барьер

Аэродинамическое сопротивление самолета в области дозвуковых скоростей полета (М ‹ 0,7-0,8) примерно пропорционально квадрату скорости 1* . Зато, когда скорость самолета приближается к скорости звука, сопротивление становится пропорциональным уже не квадрату скорости, а скорости в более высокой степени, например в третьей или даже в пятой. Из практических соображений в аэродинамике условно принято, что во всем диапазоне скоростей сопротивление пропорционально квадрату скорости, действительное же влияние скорости в околозвуковом диапазоне (0,8 ‹ М ‹ 1,4) и при сверхзвуковых скоростях учитывается путем соответствующего изменения безразмерного коэффициента сопротивления Сх в функции числа Маха. Полное аэродинамическое сопротивление самолета в полете с дозвуковыми скоростями состоит из сопротивления трения, сопротивления формы, а также из индуктивного и интерференционного сопротивлений.

1* При полете на постоянной высоте.- Прим. ред.

Таблица 3. Данные экспериментальных самолетов

Рис. 1.10. Скачки уплотнения при сверхзвуковом обтекании модели самолета.

Сопротивление трения возникает в результате непосредственного контакта потока воздуха с обтекаемой поверхностью самолета (ввиду этого оно называется также поверхностным сопротивлением) и связано с торможением частиц воздуха в пограничном слое. Сопротивление формы зависит от характера обтекания частей планера и существенно возрастает при возникновении явления отрыва потока воздуха от поверхности, особенно при больших углах атаки.

Сумма сопротивлений трения и формы называется профильным сопротивлением (поскольку ее значение характеризует любой аэродинамический профиль) и определяется коэффициентом Схр . Возникновение индуктивного сопротивления Cxi вызвано завихрениями потока на концах крыла вследствие тенденции к выравниванию давлений на верхних и нижних поверхностях и изменениями вектора подъемной силы. Причиной же появления интерференционного сопротивления является взаимное нарушение условий обтекания соседних частей планера, особенно влияние фюзеляжа на условия обтекания крыла.

Сопротивление трения составляет около 70% общего сопротивления дозвукового самолета, поэтому его снижению всегда уделялось большое внимание. Однако это положение принципиально изменилось для скоростей полета выше критического числа Маха Мкр , при котором на каком-либо участке самолета местная скорость обтекания достигает значения местной скорости звука. При сверхкритических скоростях полета имеет место стремительный рост аэродинамического сопротивления, главным слагаемым которого становится новый вид сопротивления Схволн , называемый волновым.

Механизм появления волнового сопротивления заключается в следующем. Во время обтекания аэродинамического профиля с выпуклыми поверхностями происходит местное сжатие внешнего потока до слоя максимальной плотности, а затем его расширение. При малых числах Маха набегающего потока в сжимаемой струе скорость возрастает, а давление снижается. Максимальной скорости поток достигает в сечении наименьшей площади, где давление минимально. По мере расширения потока скорость падает, а давление растет. Чем больше скорость потока, тем больше местная скорость на профиле. В итоге если общая скорость обтекания (скорость самолета) достаточно велика, то местная скорость на профиле в месте максимального разрежения достигает местной скорости звука. Такое явление возникает при скорости, соответствующей Мкр . В этом случае в расширяющейся струе скорость уже не уменьшается, а продолжает расти, так что обтекание становится сверхзвуковым. Однако, пока набегающий поток является дозвуковым, область сверхзвукового обтекающего потока не может быть неограниченной, и сверхзвуковой обтекающий поток переходит в дозвуковой.

Увеличение скорости в сверхзвуковой части обтекающего потока приводит к тому, что статическое давление в струе падает, уменьшаясь в конечном счете ниже значения, соответствующего наименьшему сечению. В то же время за профилем преобладает более высокое давление, равное давлению окружающей среды, а поток имеет дозвуковую скорость, равную скорости набегающего потока. Значит, частицы воздуха в струе, обтекающей заднюю часть профиля, перед подходом к его задней кромке должны двигаться с замедлением, а давление должно иметь значение, соответствующее существующим там условиям. Плавное торможение сверхзвукового потока невозможно, поэтому изменение значений скорости и давления происходит резко. Торможение и сжатие движущегося потока воздуха происходит в некоторой плоскости, перпендикулярной поверхности профиля. Эта плоскость образует фронт плоской волны уплотненного воздуха, которая называется ударной волной или прямым скачком уплотнения. На прямом скачке давление резко возрастает, а скорость уменьшается до дозвукового значения. Поскольку за скачком поток уже дозвуковой, то его дальнейшему расширению сопутствуют уменьшение скорости и увеличение давления.

Рис. 1.11. Зависимости коэффициента лобового сопротивления Сх

a – от числа Маха (показано также влияние С х на максимальную скорость полета с данной двигательной установкой);

б – от вида скачков уплотнения; 1 -самолет сверхзвуковой конструкции; 2-самолет дозвуковой конструкции.

Таким образом, наличие сверхзвуковой области обтекания приводит к тому, что в соответствующей части профиля давление оказывается меньше, чем на других его частях (особенно передней), где обтекание остается дозвуковым. Чем меньше давление в сверхзвуковой области, тем больше сила, увлекающая профиль назад, а следовательно, тем больше его волновое сопротивление. С дальнейшим увеличением скорости самолета область сверхзвуковых скоростей на профиле становится более обширной, интенсивность скачка уплотнения увеличивается, возрастают его размеры и происходит дальнейший рост волнового сопротивления. Вскоре после возникновения скачка на верхней поверхности профиля он появляется также и на нижней поверхности, увеличивая и без того уже большое сопротивление. Есть еще одна причина возрастания сопротивления. За скачком вследствие резкого изменения скорости и давления происходит уплотнение и отрыв пограничного слоя воздуха, и возникающая вследствие этого турбулентность увеличивает сопротивление формы. Указанный быстрый рост аэродинамического сопротивления, образующего препятствие в виде своего рода «стенки» уплотненного воздуха, уже в 1936 г. был назван звуковым барьером.

Когда набегающий поток воздуха является сверхзвуковым, скачок уплотнения возникает перед передней кромкой крыла. Форма этого скачка зависит от формы профиля. Если профиль имеет закругленную переднюю кромку, то перед ним возникает криволинейный прямой скачок уплотнения максимальной интенсивности, которому соответствует наибольшее волновое сопротивление. Наименьшее волновое сопротивление создает профиль с острой передней кромкой, на которой возникают косые скачки уплотнения. Их характеризует меньшее изменение параметров течения, а это значит, что при косых скачках уплотнения волновое сопротивление меньше.

На первой стадии развития сверхзвуковой авиации был достаточно хорошо изучен механизм возникновения волнового сопротивления. Понимание происходящих явлений позволило разработать множество средств, а также подобрать соответствующую форму различных частей планера в зависимости от скорости полета. Этим проблемам посвящены последующие разделы книги.

Звуковой удар

В первый период эксплуатации сверхзвуковых самолетов значительное внимание привлекала проблема так называемого звукового удара-явления, необычного для предыдущего развития авиации. Выяснение физического смысла, широкая распространенность явления, а позднее и введение ограничений в полетах военных самолетов над крупными населенными пунктами привели к тому, что в дальнейшем к этому явлению привыкли. Лишь в 70-х годах – после ввода в эксплуатацию сверхзвуковых пассажирских самолетов – оно снова приобрело актуальность в связи с требованиями ограничения шума, которые были выдвинуты вследствие повышения внимания к охране среды обитания человека.

Правда, звуковой удар кратковременен, но в некоторых случаях он может быть и продолжительным, а его неблагоприятное воздействие связано с большой интенсивностью и внезапностью возникновения звукового удара. Явление это поразительно похоже на артиллерийский залп, и ясно, что оно вредно воздействует на органы слуха и при соответствующей интенсивности может даже быть причиной их повреждения. Кроме того, звуковой удар может вызывать также изменение частоты пульса, нарушает душевное равновесие человека, влияет на самочувствие водителей транспорта и т.п. Интенсивные звуковые удары могут возбудить панику среди больших стад животных, растрескивание и осыпание штукатурки стен и даже разрушение стен и кровли зданий. Среди этих аргументов встречаются также утверждения о возможности нарушения биологического равновесия среды, загрязнения атмосферы и т.п. Многие из них сходны с аргументами противников первых транспортных средств с паровым двигателем и обусловлены либо консерватизмом части людей, либо соображениями торговой конкуренции. Тем не менее стало необходимым проведение специальных исследований вредных последствий звукового удара для определения допустимых уровней шума, а особенно допустимой нижней границы высоты полета сверхзвуковых самолетов над заселенными территориями. Безусловно, само по себе изучение явления не разрешает еще экологических проблем звукового удара, а дает лишь ориентиры того, как можно избежать его негативных последствий. Итак, в чем заключается явление звукового удара?

Выше указывалось, что во время полета самолета со скоростью звука перед ним возникает ударная волна, в которой скорость потока резко снижается, а давление (и, следовательно, плотность и температура) возрастает. Таким образом, происходит высвобождение значительного количества энергии в окружающую самолет среду, что приводит к интенсивным колебаниям частиц воздуха, проявляющимся в виде громового звука, подобного раскату пушечного залпа. В период первых полетов с кратковременным превышением скорости звука (при пикировании, поскольку раньше всего скорость звука была достигнута на этом режиме) звуковой удар воспринимался наблюдателем на земле два раза. Первый хлопок происходит в момент превышения самолетом скорости звука, а второй-в момент обратного перехода через нее. Промежуток времени, разделяющий эти два удара, определяется продолжительностью полета со сверхзвуковой скоростью; с учетом неоптимальных аэродинамических форм самолета того времени с ростом плотности воздуха происходило быстрое торможение самолета. Как видно из рис. 1.12, при пикировании самолета с относительно небольшой высоты оба удара могут быть услышаны одновременно. Звуковая волна перемещается (очевидно, со скоростью звука) в направлении, перпендикулярном ее плоскости, поэтому интенсивность удара в рассматриваемом случае бывает тем больше, чем круче пикирование и чем меньше расстояние от самолета до наблюдателя.

Рис. 1.12. Возникновение первого и второго звуковых ударов.

Рис. 1.13. Изменение давления в звуковой волне N в вертикальной плоскости под самолетом (а) и зона слышимости звукового удара на земле во время полета англо-французского пассажирского самолета «Конкорд» со сверхзвуковой скоростью (б).

При полете со сверхзвуковой скоростью на поверхностях планера создается сложная система скачков уплотнения и областей низкого давления. Наиболее интенсивные скачки создают носовая часть самолета, которая в полете первой встречает частицы невозмущенного потока воздуха, и элементы хвостовой части, где практически заканчиваются возмущения, вносимые самолетом в окружающую среду. Эти два скачка уплотнения называются соответственно головным и хвостовым. Промежуточные возмущения либо догоняют головной скачок, либо из-за меньшей скорости настигаются хвостовым скачком. Таким образом, уже на небольшом расстоянии от самолета система скачков уплотнения превращается в двухскачковую систему. За головным скачком давление воздуха скачкообразно возрастает выше атмосферного на значение Ар, а затем плавно уменьшается ниже атмосферного на то же самое значение. В хвостовом скачке происходит скачкообразный рост давления до атмосферного значения.

Описанная плоская модель возникновения системы скачков уплотнения в действительности является пространственной системой, которую можно привести к двум конусам Маха. Таким образом, при горизонтальном полете с постоянной сверхзвуковой скоростью звуковой удар слышен одновременно в различных точках поверхности Земли (этот вид звукового удара называется сверхзвуковым; в зависимости от длины самолета и высоты полета промежуток времени, разделяющий обе волны, может быть так мал, что хлопки сливаются в один отзвук). Геометрическим местом этих точек является гипербола, образуемая пересечением конуса Маха с поверхностью Земли. Поскольку самолет движется с определенной скоростью, вслед за ним распространяются ударные волны, которые в виде громовых раскатов слышатся на определенной территории. Практически это означает, что звуковой удар сопровождает сверхзвуковые самолеты на протяжении всей трассы полета, начиная с момента достижения скорости звука вплоть до момента обратного перехода через скорость звука при торможении перед посадкой.

Размеры зоны слышимости звукового удара (ширина «коридора», над которым самолет пролетает со сверхзвуковой скоростью) и его интенсивность зависят от многих параметров. С увеличением массы самолета и его скорости, а также с уменьшением высоты полета интенсивность звукового удара возрастает, а зона слышимости уменьшается. Так как до сих пор не разработано активных средств, снижающих интенсивность звукового удара, пока единственно возможными средствами являются пассивные. Так, для конкретного типа самолета допустимый уровень акустического давления определяется путем установления минимально допустимой высоты полета над населенными территориями.

Летные исследования самолета «Конкорд» показали, что при полете на высоте 18000 м с М = 2,2 угол конуса Маха составляет около 30°, акустическое давление Ар х 0,1 кПа, а зона слышимости звукового удара имеет ширину ~ 100 км. Установлено также, что на расстоянии около 200 км от аэродрома самолет должен уже лететь над малонаселенной территорией. Действительное влияние звукового удара, производимого эксплуатируемыми в настоящее время пассажирскими самолетами, до конца еще не изучено. Однако установлено, что водные животные и рыбы не подвергаются его отрицательным последствиям, а дикие и домашние животные на открытой местности реагируют на него, как на грозовой гром средней интенсивности. Не обнаружено также отрицательных воздействий полетов сверхзвуковых самолетов над горами, скалами, береговыми кручами и т.п. Итак, результаты проведенных до настоящего времени исследований говорят о том, что сейчас нет необходимости во введении каких-либо новых жестких ограничений для трасс пассажирских сверхзвуковых самолетов.

Тепловой барьер

Исследования, проведенные на рубеже 1940-1950-х годов, позволили разработать ряд аэродинамических и технологических решений, обеспечивающих безопасное преодоление звукового барьера даже серийными самолетами. Тогда казалось, что покорение звукового барьера создает неограниченные возможности дальнейшего увеличения скорости полета. Буквально за несколько лет было облетано около 30 типов сверхзвуковых самолетов, из которых значительное число было запущено в серийное производство.

Многообразие использованных решений привело к тому, что многие проблемы, связанные с полетами на больших сверхзвуковых скоростях, были всесторонне изучены и решены. Однако встретились новые проблемы, значительно более сложные, нежели звуковой барьер. Они вызваны нагревом конструкции летательного аппарата при полете с большой скоростью в плотных слоях атмосферы. Это новое препятствие в свое время назвали тепловым барьером. В отличие от звукового новый барьер нельзя охарактеризовать постоянной, подобной скорости звука, поскольку он зависит как от параметров полета (скорости и высоты) и конструкции планера (конструктивных решений и использованных материалов), так и от оборудования самолета (системы кондиционирования, охлаждения и т.п.). Таким образом, в понятие «тепловой барьер» входит не только проблема опасного нагрева конструкции, но также такие вопросы, как теплообмен, прочностные свойства материалов, принципы конструирования, кондиционирование воздуха и т.п.

Нагрев самолета в полете происходит главным образом по двум причинам: от аэродинамического торможения воздушного потока и от тепловыделения двигательной установки. Оба эти явления составляют процесс взаимодействия между средой (воздухом, выхлопными газами) и обтекаемым твердым телом (самолетом, двигателем). Второе явление типично для всех самолетов, и связано оно с повышением температуры элементов конструкции двигателя, воспринимающих тепло от воздуха, сжатого в компрессоре, а также от продуктов сгорания в камере и выхлопной трубе. При полете с большими скоростями внутренний нагрев самолета происходит также и от воздуха, тормозящегося в воздушном канале перед компрессором. При полете на малых скоростях воздух, проходящий через двигатель, имеет относительно низкую температуру, вследствие чего опасный нагрев элементов конструкции планера не происходит. При больших скоростях полета ограничение нагрева конструкции планера от горячих элементов двигателя обеспечивается посредством дополнительного охлаждения воздухом низкой температуры. Обычно используется воздух, отводимый от воздухозаборника с помощью направляющей, отделяющей пограничный слой, а также воздух, захватываемый из атмосферы с помощью дополнительных заборников, размещенных на поверхности гондолы двигателя. В двух- контурных двигателях для охлаждения используется также воздух внешнего (холодного) контура.

Таким образом, уровень теплового барьера для сверхзвуковых самолетов определяется внешним аэродинамическим нагревом. Интенсивность нагрева поверхности, обтекаемой потоком воздуха, зависит от скорости полета. При малых скоростях этот нагрев так незначителен, что повышение температуры может не приниматься во внимание. При большой скорости воздушный поток обладает высокой кинетической энергией, в связи с чем повышение температуры может быть значительным. Касается это равным образом и температуры внутри самолета, поскольку высокоскоростной поток, заторможенный в воздухозаборнике и сжатый в компрессоре двигателя, приобретает настолько высокую температуру, что оказывается не в состоянии отводить тепло от горячих частей двигателя.

Рост температуры обшивки самолета в результате аэродинамического нагрева вызывается вязкостью воздуха, обтекающего самолет, а также его сжатием на лобовых поверхностях. Вследствие потери скорости частицами воздуха в пограничном слое в результате вязкостного трения происходит повышение температуры всей обтекаемой поверхности самолета. В результате сжатия воздуха температура растет, правда, лишь локально (этому подвержены главным образом носовая часть фюзеляжа, лобовое стекло кабины экипажа, а особенно передние кромки крыла и оперения), но зато чаще достигает значений, небезопасных для конструкции. В этом случае в некоторых местах происходит почти прямое соударение потока воздуха с поверхностью и полное динамическое торможение. В соответствии с принципом сохранения энергии вся кинетическая энергия потока при этом преобразуется в тепловую и в энергию давления. Соответствующее повышение температуры прямо пропорционально квадрату скорости потока до торможения (или, без учета ветра – квадрату скорости самолета) и обратно пропорционально высоте полета.

Теоретически, если обтекание имеет установившийся характер, погода безветренна и безоблачна и не происходит переноса тепла посредством излучения, то тепло не проникает внутрь конструкции, а температура обшивки близка к так называемой температуре адиабатического торможения. Зависимость ее от числа Маха (скорости и высоты полета) приведена в табл. 4.

В действительных условиях повышение температуры обшивки самолета от аэродинамического нагрева, т. е. разница между температурой торможения и температурой окружения, получается несколько меньшей ввиду теплообмена со средой (посредством излучения), соседними элементами конструкции и т. п. Кроме того, полное торможение потока происходит лишь в так называемых критических точках, расположенных на выступающих частях самолета, а приток тепла к обшивке зависит также от характера пограничного слоя воздуха (он более интенсивен для турбулентного пограничного слоя). Значительное снижение температуры происходит также при полетах сквозь облака, особенно когда они содержат переохлажденные капли воды и кристаллики льда. Для таких условий полета принимается, что снижение температуры обшивки в критической точке по сравнению с теоретической температурой торможения может достичь даже 20-40%.

Таблица 4. Зависимость температуры обшивки от числа Маха

Тем не менее общий нагрев самолета в полете со сверхзвуковыми скоростями (особенно на малой высоте) иногда так высок, что повышение температуры отдельных элементов планера и оборудования приводит либо к их разрушению, либо, как минимум, к необходимости изменения режима полета. Например, при исследованиях самолета ХВ-70А в полетах на высотах более 21 ООО м со скоростью М = 3 температура входных кромок воздухозаборника и передних кромок крыла составляла 580-605 К, а остальной части обшивки 470-500 К.Последствия повышения температуры элементов конструкции самолета до таких больших значений можно оценить в полной мере, если учесть тот факт, что уже при температурах около 370 К размягчается органическое стекло, повсеместно употребляемое для остекления кабин, кипит топливо, а обычный клей теряет прочность. При 400 К значительно снижается прочность дюралюминия, при 500 К происходит химическое разложение рабочей жидкости в гидросистеме и разрушение уплотнений, при 800 К теряют необходимые механические свойства титановые сплавы, при температуре выше 900 К плавятся алюминий и магний, а сталь размягчается. Повышение температуры приводит также к разрушению покрытий, из которых анодирование и хромирование могут использоваться до 570 К, никелирование-до 650 К, а серебрение-до 720 К.

После появления этого нового препятствия в увеличении скорости полета начались исследования с целью исключить либо смягчить его последствия. Способы защиты самолета от эффектов аэродинамического нагрева определяются факторами, препятствующими росту температуры. Кроме высоты полета и атмосферных условий, существенное влияние на степень нагрева самолета оказывают:

– коэффициент теплопроводности материала обшивки;

– величина поверхности (особенно лобовой) самолета; -время полета.

Отсюда следует, что простейшими способами уменьшения нагрева конструкции являются увеличение высоты полета и ограничение до минимума его продолжительности. Эти способы использовались в первых сверхзвуковых самолетах (особенно в экспериментальных). Благодаря довольно высокой теплопроводности и теплоемкости материалов, употребляемых для изготовления теплонапряженных элементов конструкции самолета, от момента достижения самолетом высокой скорости до момента разогрева отдельных элементов конструкции до расчетной температуры критической точки проходит обычно достаточно большое время. В полетах, продолжающихся несколько минут (даже на небольших высотах), разрушающие температуры не достигаются. Полет на больших высотах происходит в условиях низкой температуры (около 250 К) и малой плотности воздуха. Вследствие этого количество тепла, отдаваемого потоком поверхностям самолета, невелико, а теплообмен протекает дольше, что значительно смягчает остроту проблемы. Аналогичный результат дает ограничение скорости самолета на малых высотах. Например, во время полета над землей со скоростью 1600 км/ч прочность дюралюминия снижается только на 2%, а увеличение скорости до 2400 км/ч приводит к снижению его прочности на величину до 75% в сравнении с первоначальным значением.

Рис. 1.14. Распределение температуры в воздушном канале и в двигателе самолета «Конкорд» при полете с М = 2,2 (а) и температуры обшивки самолета ХВ-70А при полете с постоянной скоростью 3200 км/ч (б).

Однако необходимость обеспечения безопасных условий эксплуатации во всем диапазоне используемых скоростей и высот полета вынуждает конструкторов искать соответствующие технические средства. Поскольку нагрев элементов конструкции самолета вызывает снижение механических свойств материалов, возникновение термических напряжений конструкции, а также ухудшение условий работы экипажа и оборудования, такие технические средства, используемые в существующей практике, можно разделить на три группы. Они соответственно включают применение 1) теплостойких материалов, 2) конструктивных решений, обеспечивающих необходимую теплоизоляцию и допустимую деформацию деталей, а также 3) систем охлаждения кабины экипажа и отсеков оборудования.

В самолетах с максимальной скоростью М = 2,0-1-2,2 широко применяются сплавы алюминия (дюрали), которые характеризуются относительно высокой прочностью, малой плотностью и сохранением прочностных свойств при небольшом повышении температуры. Дюрали обычно дополняются стальными либо титановыми сплавами, из которых выполняются части планера, подвергающиеся наибольшим механическим или тепловым нагрузкам. Сплавы титана нашли применение уже в первой половине 50-х годов сначала в очень небольших масштабах (сейчас детали из них могут составлять до 30% массы планера). В экспериментальных самолетах с М ~ 3 становится необходимым применение жаропрочных стальных сплавов как основного конструкционного материала. Такие стали сохраняют хорошие механические свойства при высоких температурах, характерных для полетов с гиперзвуковыми скоростями, но их недостатками являются высокая стоимость и большая плотность. Эти недостатки в определенном смысле ограничивают развитие высокоскоростных самолетов, поэтому ведутся исследования и других материалов.

В 70-х годах осуществлены первые опыты применения в конструкции самолетов бериллия, а также композиционных материалов на базе волокон бора или углерода. Эти материалы пока имеют высокую стоимость, но вместе с тем для них характерны малая плотность, высокие прочность и жесткость, а также значительная термостойкость. Примеры конкретных применений этих материалов при постройке планера приведены в описаниях отдельных самолетов.

Другим фактором, существенно влияющим на работоспособность нагреваемой конструкции самолета, является эффект так называемых термических напряжений. Возникают они в результате температурных перепадов между внешними и внутренними поверхностями элементов, а особенно между обшивкой и внутренними элементами конструкции самолета. Поверхностный нагрев планера приводит к деформации его элементов. Например, может произойти такое коробление обшивки крыла, которое приведет к изменению аэродинамических характеристик. Поэтому во многих самолетах используется паяная (иногда клееная) многослойная обшивка, которая отличается высокой жесткостью и хорошими изоляционными свойствами, либо применяются элементы внутренней конструкции с соответствующими компенсаторами (например, в самолете F-105 стенки лонжерона изготовляются из гофрированного листа). Известны также опыты охлаждения крыла с помощью топлива (например, у самолета Х-15), протекающего под обшивкой на пути от бака до форсунок камеры сгорания. Однако при высоких температурах топливо обычно подвергается коксованию, поэтому такие опыты можно считать неудачными.

Сейчас исследуются различные методы, среди которых нанесение изоляционного слоя из тугоплавких материалов путем плазменного напыления. Другие считавшиеся перспективными методы не нашли применения. Среди прочего предлагалось использовать «защитный слой», создаваемый путем вдува газа на обшивку, охлаждение «выпотеванием» посредством подачи на поверхность сквозь пористую обшивку жидкости с высокой температурой испарения, а также охлаждение, создаваемое плавлением и уносом части обшивки (абляционные материалы).

Довольно специфичной и вместе с тем очень важной задачей является поддержание соответствующей температуры в кабине экипажа и в отсеках оборудования (особенно электронного), а также температуры топливных и гидравлических систем. В настоящее время эта проблема решается путем использования высокопроизводительных систем кондиционирования, охлаждения и рефрижерации 1* , эффективной теплоизоляции, применения рабочих жидкостей гидросистем с высокой температурой испарения и т.д.

Проблемы, связанные с тепловым барьером, должны решаться комплексно. Любой прогресс в этой области отодвигает барьер для данного типа самолетов в сторону большей скорости полета, не исключая его как такового. Однако стремление к еще большим скоростям приводит к созданию еще более сложных конструкций и оборудования, требующих применения более качественных материалов. Это заметным образом отражается на массе, закупочной стоимости и на затратах по эксплуатации и обслуживанию самолета.

Из приведенных в табл. 2 данных самолетов-истребителей видно, что в большинстве случаев рациональной считалась максимальная скорость 2200-2600 км/ч. Лишь в некоторых случаях считают, что скорость самолета должна превосходить М ~ 3. К самолетам, способным развивать такие скорости, относятся экспериментальные машины Х-2, ХВ-70А и Т. 188, разведывательный SR-71, а также самолет Е-266.

1* Рефрижерацией называется принудительный перенос тепла от холодного источника к среде с высокой температурой при искусственном противодействии естественному направлению движения тепла (от теплого тела к холодному, когда имеет место процесс охлаждения). Простейшим рефрижератором является бытовой холодильник.

Психологический барьер

В гл. 1 показано, что разработка систем обнаружения и обороны, обладающих все большей эффективностью, а также непрерывное совершенствование этих систем привели к тому, что шансы незаметного проникновения самолетов, летающих на больших либо средних высотах, весьма уменьшились уже под конец 50-х годов. Таким образом, для уменьшения вероятности дальнего обнаружения наземными (а также морскими и воздушными) радиолокационными станциями противника оказались необходимыми полеты с большой скоростью на малой высоте, что затрудняет обнаружение из-за естественных преград, а также из-за вторичного отражения сигналов от местности. «Малой» считалась высота около 300 м. Такая высота была признана безопасной с учетом достигнутой точности навигации самолета с помощью эксплуатируемого либо разработанного к тому времени бортового оборудования. Однако полет на такой малой высоте имеет ряд особенностей, которые влияют на работу двигательных установок, а также обусловливают появление знакопеременных нагрузок малой амплитуды и высокой частоты. Большое сопротивление воздуха и недопустимое возрастание температуры конструкции самолета в результате аэродинамического нагрева ограничивают максимальную скорость полета на высотах ниже 300 м (эта высота условно называется нулевой) величиной, составляющей лишь 55-70% скорости, развиваемой на оптимальной высоте. Из данных табл. 2 видно, что наибольшая скорость самолетов с М макс ›2 на Н = 0 составляет 1300-1490 км/ч. В таких условиях полет на заданный радиус действия требует не только в 3 раза больше топлива, чем полет в стратосфере, но и происходит в сложных пилотажных условиях при воздействии нагрузок, ведущих к снижению эксплуатационного ресурса самолета, а в некоторых случаях даже к разрушению планера.

При первых полетах на малых высотах самым опасным казался риск столкновения самолета с естественными либо искусственными преградами, поскольку этот риск возрастает пропорционально росту скорости и уменьшению высоты полета. Опыт, полученный в экспериментальных полетах, а позднее-при нормальной эксплуатации, существенно изменил эти взгляды. Оказалось, что более важным фактором является влияние турбулентности атмосферы на усталостную прочность планера, а также на физическую и психологическую усталость экипажа. Поскольку в начальный период полетов на малых высотах на первый план, кроме прочего, выдвинулась проблема психофизиологических последствий усталости человека, это новое препятствие по аналогии с предыдущими было названо психологическим барьером.

Сущность психологического барьера связана с атмосферными условиями вблизи поверхности Земли. В приземном слое в результате существования градиентов температур и давлений постоянно происходит интенсивное перемещение воздушных масс с разными скоростями и в разных направлениях. Эти порывы и флуктуации приводят к резким и непредвиденным колебаниям самолета относительно различных осей, а также к возникновению положительных или отрицательных перегрузок различной частоты. Кроме высоты полета, эти атмосферные возмущения зависят от скорости полета, прямо или косвенно влияя на самочувствие экипажа. Установлено, что на малой высоте перегрузка с амплитудой 0,5 изменяется с частотой 5 раз в минуту при скорости полета М = = 0,45, до 27 раз в минуту при М = 0,7 и вплоть примерно до 500 при М = 1,2.

Порывы ветра с частотой 5 раз в минуту не оказывают заметного влияния на психологическое состояние человека, в пределах 5-12 они неприятны, но легко переносятся при соответствующей тренировке, однако они трудно переносимы при частотах выше 12 раз в минуту. Во время полета на большой высоте экипаж может легко обнаружить и обойти область турбулентной атмосферы; зато на малой высоте это почти невозможно из практических и тактических соображений.

Ввиду недостаточного технического оснащения самолетов для первых полетов на малой высоте, а также отсутствия опыта и соответствующей тренировки экипажа первые полеты с большой скоростью на малой высоте были весьма опасны и выполнялись крайне неохотно. Условия такого полета приводили к увеличению вероятности ошибок, уменьшению до минимума времени реакции экипажа на события, а также к появлению чувства беспокойства и неуверенности из-за вибрации конструкции и внезапных ускорений, особенно во время выполнения маневров.

Все это отрицательно влияет на самочувствие членов экипажа и через определенное время может снизить их способность к восприятию, осмыслению и реакции, т.е. работоспособность. Эти неблагоприятные явления существенно усугублялись в зависимости от характера действий, выполняемых экипажем. Например, необходимость наблюдения за преградами перед самолетом затрудняет наблюдение по сторонам, и в то же время объекты, над которыми пролетает самолет, экипаж видит крайне неотчетливо, поскольку располагаемое время наблюдения слишком коротко для детального рассмотрения. Дело затрудняется также необходимостью частого контроля приборов, т.е. необходимостью частого переноса взгляда с лобового стекла на приборную доску, что требует определенного времени на аккомодацию и приводит к утомлению зрения. Проблема усугубляется также тем фактом, что часть времени пилот должен выделить на сравнение местности с картой. В этой ситуации объекты, особенно находящиеся в боковом поле зрения, весьма неотчетливы и идентифицируются с трудом, поскольку сливаются в сплошную колеблющуюся массу. Трудности наблюдения могут быть еще большими, поскольку они зависят также от метеорологических условий, рельефа местности и времени суток, в частности от специфического освещения во время захода солнца и при отражении лучей от воды, песка или снега, а также во время тумана. В ночных полетах встречные наземные огни также мешают адаптации глаз и затрудняют наблюдение местности.

Дополнительную помеху в полетах на малых высотах создает повышенная температура в кабине-пилот потеет, пот стекает у него со лба на глаза, запотевает также остекление кабины, что вместе с загрязнением ветрового стекла налипающими насекомыми существенно ухудшает видимость.

Сказанное приводит к выводу, что область работ, связанных с преодолением психологического барьера, должна охватывать множество явлений, сопутствующих полетам на малых высотах с большими скоростями. Благодаря работам, проведенным в 60-70-х годах, удалось ввести такие технические усовершенствования, которые, с точки зрения экипажа самолета, свели проблему психологического барьера к уровню обычных явлений любого полета.

Помимо усиления конструкции планера, разработан и используется (обычно с учетом требований преодоления и иных барьеров, а также требований, определяемых назначением самолета) ряд технических средств, среди которых:

– система автопилота, связанная с бортовой ЭВМ, а также с высотомером и радиолокатором для обнаружения преград по курсу; такая система, разработанная на основе последних достижений технологии микроволновых элементов, отличается высокой точностью и большой разрешающей способностью, что обеспечивает автоматическую прецизионную корректировку траектории полета. Бортовое оборудование, разработанное во второй половине 60-х годов, позволило уменьшить значение «малой высоты» до 150-100 м, а в 70-х годах-даже до ~ 30 м;

– модернизированное приборное оборудование кабины (особо следует отметить высвечивание показаний некоторых приборов на телевизионных дисплеях и индикаторе на лобовом стекле с помощью систем отображения информации, а также размещение важнейшей информации о состоянии самолета и условиях полета на линии зрения пилота, что значительно уменьшило время реакции на внешние возмущения и освободило от обременительного разделения времени на внешнее и внутреннее наблюдение; значительное сокращение с той же целью числа приборов в кабине, например с 48 в F-4 до 30 в F-15), а также введение экипажа из двух человек;

– встроенное адаптивное управление, немедленно и автоматически реагирующее на возникающие случайные изменения траектории полета самолета (в иных случаях применена система демпфирования вибраций носовой части фюзеляжа с помощью дополнительных управляющих поверхностей); применение такого рода систем существенно уменьшает знакопеременные нагрузки и, как следствие, повышает живучесть самолета и комфорт полета, избавляет пилота от необходимости беспрерывного реагирования на изменения характеристик полета и позволяет ему сконцентрировать внимание на выполняемом задании.

При анализе проблем, связанных с полетами на малых высотах, необходимо помнить, что чувствительность самолета к воздействию турбулентности атмосферы зависит от его динамических характеристик, поскольку частота флюктуаций перегрузок пропорциональна скорости полета, а амплитуда прямо пропорциональна коэффициенту подъемной силы крыла в функции угла атаки и обратно пропорциональна удельной нагрузке на крыло. Следовательно, каждому типу самолета свойствен особый, зависящий от его конструкции вид «восприимчивости» к атмосферным возмущениям.

3. Эволюция конструктивных форм самолета

Из истории развития авиации вообще и сверхзвукового самолета в частности следует, что самолет претерпевал и еще проходит конструктивную эволюцию. Это вполне понятно, так как пути совершенствования самолета всегда имели и имеют своей целью не только улучшение его летных качеств, таких, как скорость, потолок, радиус действия, устойчивость, управляемость и т.д., но также повышение безопасности и комфорта полета, простоты, экономичности и удобства производства, облегчения эксплуатации, обслуживания, ремонта и т.п.

Больше всего в этой эволюции обращает на себя внимание изменение форм и пропорций узлов планера и их взаимной компоновки, что является результатом улучшающегося понимания конструкторами проблемы полета. Это касается в равной степени как формы крыла, фюзеляжа, оперения и местоположения двигательных установок, так и общей конструктивной идеи нового самолета, который должен быть совершеннее уже существующих машин.

Безусловно, решающее влияние на форму самолета оказывают физические явления, сопровождающие полет на тех или иных высотах и скоростях, однако существенны также индивидуальность конструктора либо традиции конструкторского бюро. Из данных, приведенных в настоящей книге, следует, что в разные периоды развития сверхзвуковых самолетов проводились в жизнь различные подходы к их разработке. Каждый из них в свое время представлялся логичным и рациональным. Однако научно-технический прогресс непрерывно корректирует представление об оптимальных решениях, вследствие чего естественно предположить, что следующие поколения самолетов будут создаваться на основе иных предпосылок в сравнении с теми, которые определяли создание самолетов в прошлом.

Эволюция крыла

Крыло не только представляет собой основной узел планера самолета, создающий подъемную силу, но оно также решающим образом влияет на аэродинамическое сопротивление и определяет устойчивость и управляемость самолета. С этой точки зрения одной из самых важных проблем, которые нужно разрешить в процессе проектирования самолета, является проблема оптимального выбора формы крыла и его параметров – геометрических, аэродинамических, прочностных и т. п. Таким образом, только оптимальное согласование противоречивых требований (главным образом аэродинамики и прочности) может обеспечить успех, т. е. получение желаемых летных характеристик самолета.

В результате теоретических и экспериментальных исследований установлено, что самым эффективным средством снижения волнового сопротивления и смягчения кризисных явлений при околозвуковых скоростях является использование стреловидных крыла и оперения. Реализация в планере самолета идеи стреловидности позволила относительно просто превзойти скорость звука. Известно, что в самолетах с прямым крылом и достаточно большой толщиной профиля преодоление звукового барьера путем форсирования тяги создавало существенные трудности в управлении и приводило к аварийным ситуациям, тогда как в самолетах со стреловидным крылом при околозвуковых скоростях катастроф уже не отмечалось. Еще более эффективным (на определенном этапе развития самолетостроения) оказалось использование треугольного крыла, которое сочетает в себе черты большой стреловидности, малого удлинения и малой относительной толщины профиля при требуемой жесткости. Эта последняя особенность исключительно полезна, так как жесткость стреловидного крыла с возрастанием угла стреловидности быстро уменьшается, что приводит к новым затруднениям, в частности к увеличению массы конструкции ввиду необходимости сохранения требуемой жесткости.

Прямое крыло

Достоинством прямого крыла является его высокий коэффициент подъемной силы даже при малых углах атаки. Это позволяет существенно увеличивать удельную нагрузку на крыло, а значит, уменьшать габариты и массу, не опасаясь значительного увеличения скорости взлета и посадки. Приемлемые взлетно-посадочные характеристики самолета в этом случае обеспечиваются еще и тем, что на прямом крыле удается разместить эффективную механизацию, расширяющую диапазон эксплуатационных скоростей. Благодаря указанным достоинствам прямые крылья умеренного удлинения нашли широкое применение не только в дозвуковых, но и в околозвуковых самолетах с реактивным двигателем.

Недостатком, предопределяющим непригодность такого крыла при сверхзвуковых скоростях полета, является резкое увеличение коэффициента лобового сопротивления самолета при превышении критического значения числа Маха; вследствие этого преодоление звукового барьера самолетом с таким крылом возможно только при очень большом избытке тяги. Ситуацию ухудшает еще и тот факт, что при переходе через скорость звука у самолетов с прямым крылом происходит значительное изменение положения центра давления, а значит, и изменение балансировки, которое трудно скомпенсировать при помощи одного только руля высоты. Некоторое улучшение характеристик достигается при использовании крыла с небольшим удлинением и тонким сверхзвуковым профилем. Крыльями этого типа оснащены, например, такие самолеты, как F-104, F-5A, Т-38, «Тридан» II и Т. 188. Крыло последнего из названных самолетов по форме приближается к треугольному, поскольку в исследованиях установлено, что вредное влияние перемещения центра давления назад при превышении скорости звука может быть несколько уменьшено, если концевым частям крыла дать больший угол стреловидности. Так как удлинение таких крыльев обычно невелико (2-4), то упрощается задача обеспечения достаточной жесткости.

Рис. 1.15. Изменение коэффициента лобового сопротивления Сх и аэродинамического качества Кмакс в зависимости от числа Маха для самолетов с крыльями различной формы.

Важнейшими достоинствами прямого крыла с малым удлинением в сравнении со стреловидным и треугольным являются (при таких же относительной толщине профиля и удлинении) лучшие аэродинамические характеристики при докритических скоростях, главным образом при приземлении. Зато их основной недостаток- большое сопротивление и невысокое аэродинамическое качество при околозвуковых скоростях. Эти отрицательные эффекты сжимаемости воздуха можно несколько смягчить, используя еще меньшее удлинение и более тонкий профиль крыла. Однако надлежащую прочность такого крыла можно получить лишь за счет увеличения массы конструкции. Поэтому прямое крыло хотя и легче стреловидного, но по массовым характеристикам уступает треугольному крылу с теми же параметрами. Считается, что применение тонких прямых крыльев малого удлинения целесообразно лишь в самолетах с М › 1,8. Волновой кризис преодолевается такими самолетами с помощью форсажа двигателя либо путем использования дополнительных ускорителей. Вследствие этих недостатков прямые крылья нашли лишь ограниченное применение в сверхзвуковой авиации (известно только 11 типов самолетов с прямыми крыльями среднего и малого удлинения).

Рис. 1.16. Английский экспериментальный самолет Т. 188.

Стреловидное крыло

Большинство современных около- и сверхзвуковых самолетов гражданской и боевой авиации имеет стреловидные крылья постоянной геометрии (29 самолетов), что связано с их несомненными аэродинамическими достоинствами при таких скоростях полета.

Широкое распространение крыльев этого типа обусловило большое разнообразие применяемых конструктивных решений и их модификаций с целью наилучшего использования достоинств и устранения или смягчения недостатков, связанных со стреловидностью передней кромки крыла. Недостатки стреловидного крыла проявляются как при больших, так и при малых скоростях полета, причем они усиливаются с увеличением угла стреловидности. К важнейшим из них относятся:

– пониженная несущая способность крыла, а также меньшая эффективность действия механизации;

– увеличение поперечной статической устойчивости по мере возрастания угла стреловидности крыла и угла атаки, что затрудняет получение надлежащего соотношения между путевой и поперечной устойчивостями самолета и вынуждает применять вертикальное оперение с большой площадью поверхности, а также придавать крылу или горизонтальному оперению отрицательный угол поперечного V;

– отрыв потока воздуха в концевых частях крыла, что приводит к ухудшению продольной и поперечной устойчивости и управляемости самолета (снижает эффективность элеронов);

– увеличение скоса потока за крылом, приводящее к снижению эффективности горизонтального оперения;

– возрастание массы и уменьшение жесткости крыла (при прочих неизменных параметрах), что обусловлено большей действительной длиной такого крыла (при данном размахе) и, следовательно, большим плечом приложения результирующей подъемной силы.

Таким образом, стреловидность приводит к возрастанию изгибающего момента в корневом сечении крыла при данной массе самолета. Кроме того, несколько увеличивается масса крыла в связи с необходимостью введения дополнительных силовых элементов в корневых частях, а также из-за увеличения поверхности механизации. Дополнительный рост массы стреловидного крыла связан с менее благоприятным (по сравнению с прямым крылом) распределением давления пр его длине, что выражается в увеличении плеча приложения подъемной силы, требующем усиления конструкции, и т.д.

Широкое применение стреловидного крыла стало возможным благодаря проведению соответствующих аэродинамических и конструктивных мер, проявляющих его достоинства и смягчающих недостатки. С этой целью среди прочего применяются «крутка» крыла, аэродинамические направляющие и турбулизаторы, уступ передней кромки крыла, механизация, переменный угол стреловидности вдоль размаха, обратное сужение крыла либо отрицательная стреловидность.

Крыло с наплывом

Анализ недостатков и достоинств прямых и стреловидных крыльев показывает, что диапазоны благоприятных условий их применения в сверхзвуковых самолетах не совпадают, а дополняют друг друга. Ввиду этого около 20 лет тому назад начали разрабатываться крылья изменяемой геометрии (проблемы самолетов с изменяемой геометрией крыла рассмотрены отдельно), а несколько позднее-крылья, которые условно можно назвать стреловидно-прямыми. Оба эти новшества впервые внедрены в боевой авиации, поскольку боевые самолеты, помимо прочего, должны обладать высокой маневренностью, под которой понимается способность экономичного и быстрого выполнения маневров.

Рис. 1.17. Характерные формы прямого крыла сверхзвуковых самолетов (масштаб 1 :200).

Маневренность ограничивается прежде всего статической и динамической прочностью конструкционных материалов планера самолета, а также аэродинамическими характеристиками самолета. Другую часть ограничений образует множество физических эффектов, таких, как максимальная величина коэффициента подъемной силы, возрастание полетного сопротивления, изменение эффективности управления, потеря устойчивости, вибрации крыла и оперения, крены, происходящие из-за срыва потока на крыльях при большой скорости полета, и т.п. Главный источник аэродинамических ограничений-отрыв потока, проявляющийся в различных формах и по разным причинам. Поэтому задача аэродинамического проектирования боевого самолета имеет первостепенную важность, так как качество решения этой задачи определяет достоинства нового летательного аппарата.

Одним из средств, позволяющих контролировать процесс отрыва, является крыло с переменной стреловидностью по передней кромке (наплывом), которое характеризуется образованием пелены вихрей большой энергии, определяющей его аэродинамические свойства.

Для выяснения характера работы крыла с наплывом (или другим устройством тур- булизации набегающего потока) необходимо напомнить, что вообще крылья по характеру обтекания можно разделить на два типа-линейно работающие и работающие нелинейно. Теоретически линейно работающее крыло отличает безотрывное обтекание, а нелинейно работающее-отрыв потока воздуха вблизи передней кромки и его присоединение ниже по потоку к остальной поверхности крыла. В практике самолетостроения нашли применение оба типа крыла, из которых первое вследствие его повсеместного использования было названо классическим.

Крылья, работающие линейно, обычно имеют умеренный угол стреловидности по передней кромке и удлинение, превышающее 2-3, а также соответствующие аэродинамические и конструктивные средства, обеспечивающие безотрывное обтекание. Характерной чертой нелинейно работающих крыльев является большой угол стреловидности по передней кромке и среднее либо малое удлинение. Примером применения нелинейного крыла может служить самолет «Дракен», у которого треугольное крыло с изломом передней кромки фактически представляют собой комбинацию двух крыльев с малым удлинением (однако же с закругленной передней кромкой). Их можно трактовать как две несущие поверхности, работающие нелинейно. Зато в прямом трапециевидном крыле с большим углом стреловидности наплыва, использованном, например, в самолете F-5, оба типа обтекания возникают последовательно друг за другом.

Достоинства и недостатки линейного и нелинейного крыльев известны давно, однако только в начале 70-х годов предприняты попытки совместить их преимущества. Так было создано трапециевидное крыло с наплывом, являющееся комбинацией линейно работающего трапециевидного основного крыла с закругленной передней кромкой и нелинейно работающего стреловидного (или треугольного) крыла с малым удлинением и острой криволинейной передней кромкой с большим углом стреловидности.

Таким образом, главной особенностью крыла с наплывом является одновременное наличие обоих типов обтекания, что позволяет увеличить коэффициент подъемной силы и критическое число Маха и уменьшить коэффициент индуктивного сопротивления при больших углах атаки в диапазоне дозвуковых и околозвуковых скоростей, а также волновое и балансировочное сопротивления в диапазоне сверхзвуковых скоростей. Такой эффект возникает в результате использования малого сопротивления линейно работающего основного крыла при малых углах атаки с сохранением большой подъемной силы и малого сопротивления нелинейно работающего вспомогательного крыла (наплыва) при больших углах атаки. На основании комплексных исследований в гидродинамических каналах и в аэродинамических трубах установлено, что наиболее благоприятные характеристики имеет крыло с наплывом, обладающим углом стреловидности 70°.

Действие крыла с наплывом можно описать следующим образом: спиральный поток вихрей, срывающихся с острой передней кромки большой стреловидности в околофюзеляжной части крыла, ограничивает расширяющуюся с увеличением угла атаки область отрыва, расположенную между передней кромкой крыла и линией присоединения воздушного течения. Вихревая пелена вызывает также образование обширных областей низкого давления (вдоль оси вихрей) и увеличивает энергию пограничного слоя воздуха. Благодаря этому крыло с наплывом при больших углах атаки отличается от обычного крыла большим коэффициентом подъемной силы и меньшим коэффициентом сопротивления, т.е. оно обеспечивает более высокое аэродинамическое качество при выполнении маневров. В сверхзвуковом же полете дополнительная плоскость, размещенная перед основным крылом, уменьшает интервал перемещения центра давления назад, что не только обеспечивает сохранение надлежащей устойчивости, но и одновременно уменьшает балансировочное сопротивление на 20%.

Эффективность крыла с наплывом значительно возрастает при оснащении его носовыми щитками по всему размаху, а также однощелевыми или двухщелевыми выдвижными закрылками. Крылья с наплывом применены в трех новейших самолетах американской истребительной авиа- Hhh-F-16, YF-17 и F-18.

Из опубликованных данных самолетов «Конкорд» и «Мираж» 2000 следует, что некоторые характеристики рассматриваемого крыла можно получить также путем использования небольших горизонтальных несущих плоскостей, размещенных в носовой части фюзеляжа. Ввиду отсутствия более полной информации можно лишь предположить, что эти плоскости выполняют также роль турбулизаторов в полете при больших углах атаки.

Сверхкритическое крыло

Интересный пример модификации стреловидного крыла представляет собой также так называемое сверхкритическое крыло. (Название происходит от большего критического числа Маха этого крыла в сравнении с классическим стреловидным.) Для этого крыла характерно использование уплощенных профилей с соответствующим образом изогнутой задней частью, что дает более равномерное распределение давления вдоль хорды профиля и тем самым приводит к смещению центра давления назад, а также увеличивает критическое число Маха на 10-15%. Это равносильно увеличению скорости околозвукового самолета (с максимальной скоростью ~ 1000 км/ч) почти на 100-150 км/ч без возникновения волнового кризиса. В других отношениях выгоды от использования сверхкритического крыла невелики, а технология изготовления гораздо сложнее; тем не менее в околозвуковых пассажирских самолетах с реактивным двигателем оно может оказывать существенное влияние на экономичность эксплуатации. Для исследования свойств таких крыльев был использован сверхзвуковой самолет «Крусейдер», а также модернизирован опытный образец самолета F-111A TACT.

Рис. 1.18. Характерные формы стреловидного крыла самолетов (масштаб 1 :200).

Рис. 1.19. Характер обтекания модели самолета с трапециевидным крылом с наплывом.

Рис. 1.20. Общий вид американского самолета «Крусейдер» F-8 со сверхкритическим крылом.

Треугольное крыло

Стремление к уменьшению массы и повышению жесткости крыла принуждает уменьшать его удлинение и увеличивать сужение. Такая тенденция одновременно с большим углом стреловидности приводит к треугольной форме крыла. Практическое применение получили треугольные крылья с углом стреловидности 55-70°. Наряду с «чисто треугольным» используются также крылья с усеченными концами, а также с небольшим отрицательным или положительным углом стреловидности задней кромки. В отношении аэродинамики эти крылья незначительно отличаются друг от друга, а разнятся лишь конструктивными особенностями. Треугольное крыло имеет практически такие же аэродинамические характеристики, как и стреловидное, но зато оно избавлено от некоторых недостатков последнего. Применение треугольного крыла определяется главным образом прочностными и конструктивными соображениями. Треугольное крыло жестче и легче как прямого, так и стреловидного (при тех же параметрах их масса составляет 8-11% по сравнению с 12-15% взлетной массы самолета). Благодаря большой хорде в корневом сечении в треугольном крыле возможно использование профилей меньшей относительной толщины. Кроме того, большая строительная высота в корневой части позволяет лучше использовать внутренний объем крыла и упрощает передачу нагрузок на фюзеляж.

Недостатками треугольного крыла являются возникновение и развитие волнового кризиса и примерно такая же, как у стреловидного, зависимость аэродинамических характеристик от скорости полета. Кроме того, для треугольного крыла характерны несколько большее сопротивление и более резкое падение максимального аэродинамического качества при изменении угла атаки, что затрудняет достижение большого потолка и радиуса действия. Кроме того, большие значения коэффициента подъемной силы треугольного крыла можно получить лишь на таких больших углах атаки, которые недостижимы при используемых в настоящее время высотах шасси (на обычных для приземления углах атаки коэффициент подъемной силы треугольного крыла на 30-40% меньше, чем у прямого, а возможность механизации такого крыла с целью увеличения коэффициента подъемной силы при посадке ограничена малым его размахом). Названные недостатки усугубляются по мере увеличения угла стреловидности передней кромки и острее всего проявляются во время приземления. Для получения приемлемых посадочных характеристик самолета с треугольным крылом удельная нагрузка на крыло не должна быть большой, а угол стреловидности передней кромки ограничивается значениями 60-65°. Из этого следует, что достоинства треугольного крыла лучше всего проявляются при больших (сверхзвуковых) скоростях полета, когда высокая жесткость конструкции и малая относительная толщина профиля оказывают определяющее влияние на летно-технические характеристики самолета. Диапазон скоростей, в котором треугольное крыло оптимально, распространяется от скорости звука до М ~ 2. Большие скорости требуют увеличения угла стреловидности передней кромки больше используемых в настоящее время углов 60-65° ценой отказа от хороших характеристик передней кромки с умеренным углом стреловидности и закругленным носком при дозвуковых скоростях.

Следовательно, достоинства треугольного крыла особенно привлекательны для сверхзвуковых самолетов, где оно нашло столь же широкое применение, что и стреловидное (создано 38 типов самолетов с треугольным крылом, в том числе четыре с оживальным – модификацией треугольного). Это стало возможным благодаря разработке множества эффективных способов смягчения недостатков треугольного крыла.

Рис. 1.21. Советский самолет с треугольным крылом и треугольным горизонтальным оперением, показанный в День авиации 1967 г.

Помимо конструктивных мер, характерных для стреловидного крыла, в треугольных крыльях используется, например, передняя кромка с изломом или с плавно изменяющимся углом стреловидности вдоль размаха (так было создано оживальное крыло, описанное в главе, посвященной пассажирским самолетам). Применяется также отгиб носка профиля. Излом передней кромки треугольного крыла осуществлен, например, в самолете «Дракен», а отгиб носка профиля-в самолете F-102A (работы проводились в расчете на самолет В-58).

Разработка самолета «Дракен» была начата в 1949 г., т.е. в то время, когда в эксплуатации еще не было истребителей со стреловидным крылом. Первые из них (МиГ-15, F-86, J29) выпущены позднее, а из сверхзвуковых самолетов с ракетным двигателем к тому времени были облетаны только Х-1 и D-588-II. В этой ситуации конструкторский коллектив рассмотрел множество вариантов нового самолета, причем наименьшее внимание уделялось компоновке с треугольным крылом без горизонтального оперения-все находились еще под впечатлением катастроф первых самолетов с такой компоновкой (это были XF-92A и AYR0 707).

Обычно в процессе проектирования нового самолета прежде всего разрабатывается его аэродинамическая схема, а затем соответствующая ей компоновочная схема, обеспечивающая размещение экипажа, двигательной установки, топлива, оборудования и вооружения. Обычно это достигается путем последовательных приближений с использованием компромиссных решений. Шведские конструкторы, проектируя самолет «Дракен», поступили наоборот, исходя из того соображения, что в первую очередь нужно определить наилучшее относительное расположение тех частей самолета, которые ни в коем случае нельзя размещать одну за другой, а потом уже положение тех, которые можно поместить спереди, сзади либо внутри первых. К первым причислялись воздухозаборники, двигатель, крыло и оперение, а ко вторым-кабина пилота, топливные баки, шасси, вооружение, оборудование и т. п. Путем оптимизации компоновки можно получить наименьшее миделево сечение самолета. При этом поперечные сечения воздушных каналов и двигателя оказываются определяющими. Кресло пилота, электроника и другое оборудование были размещены перед двигателем, а топливные баки, главные стойки шасси и часть вооружения-в консолях крыла, за воздухозаборниками. Поскольку самолет с малым сопротивлением формы должен иметь и малое интерференционное сопротивление, была принята схема среднеплана и учтено правило площадей. В результате были определены диаметр и длина фюзеляжа, а также местоположение и минимальный размах крыла.

Следующим шагом был выбор профиля и формы крыла с минимальным сопротивлением при сверхзвуковой скорости полета. Величина полного аэродинамического сопротивления складывается из сопротивления трения (в принципе такого же, как и при дозвуковой скорости), волнового, индуктивного и интерференционного сопротивлений. Волновое сопротивление прямо пропорционально квадрату площади поперечного сечения и обратно пропорционально площади крыла, а сопротивление трения пропорционально площади крыла. Считается, что уменьшение волнового сопротивления должно происходить при уменьшении как площади крыла в плане, так и его поперечного сечения. Поскольку в крыле размещаются топливо, вооружение и шасси, то уменьшить сечение крыла можно было только в его концевых частях. Так получился излом передней кромки (с большим углом стреловидности в корневых частях крыла), который оказался подходящим как для сверхзвуковых скоростей полета, так и для скорости приземления. Дело в том, что треугольное крыло такого типа характеризуется меньшим поперечным сечением при оптимальной несущей поверхности, большим внутренним объемом и большим углом стреловидности прифюзеляжных частей, более близким положением центра тяжести крыла относительно центра давления, более благоприятным распределением площади поперечного сечения в продольном направлении и оптимальным выдвижением воздухозаборников к носу самолета.

Применение излома передней кромки крыла привело к тому, что при малой относительной толщине профиля получена большая строительная высота крыла, позволяющая разместить в нем воздушные каналы, а также топливные баки, шасси и часть оборудования.

Рис. 1.22. Характерные формы треугольного крыла сверхзвуковых самолетов (кроме ХВ-70А, масштаб 1 :200).

Уменьшение же угла стреловидности концевых частей крыла благоприятствовало безотрывному обтеканию при малых скоростях (больших углах атаки). С этой точки зрения аэродинамическая схема самолета «Дракен» оригинальна; она оказала влияние на выбор схем таких самолетов, как YF-12 (SR-71), Ту-144, «Конкорд» и даже F-16, YF-17 и F-18. Большой угол стреловидности передней кромки крыла в прифюзеляжной части обеспечивает малое сопротивление самолета в полете со сверхзвуковыми скоростями, а также незначительное изменение положения центра давления самолета при переходе через скорость звука, а следовательно, и стабильность его балансировки на различных режимах полета.

Применение треугольного крыла с увеличенным углом стреловидности в корневых частях и малой удельной нагрузкой позволило самолету «Дракен» приземляться со скоростью 215 км/ч, несмотря на отсутствие механизации.

Совершенно иная концепция использована в процессе проектирования самолета В-58. Считалось, что при высоких скоростях наилучшие характеристики обеспечивает треугольное крыло с прямолинейной передней кромкой, которое имеет большое критическое число Маха, а также малое волновое сопротивление. Проблема же ухудшения несущих свойств такого крыла при малых скоростях, особенно ограничение используемых углов атаки явлением срыва потока, разрешена другим путем.

Таблица 5. Геометрические параметры сверхзвуковых самолетов

Рис. 1.23. Шведский истребитель «Дракен» J35 в полете.

На основании проведенных исследований установлено, что хорошие результаты в этом отношении дает коническая крутка сечений крыла, т. е. постепенно увеличивающийся от корневого до концевого сечения отгиб передней кромки крыла книзу. Такая крутка затягивает срыв потока в концевых сечениях крыла до больших углов атаки и обеспечивает более благоприятное распределение подъемной силы вдоль размаха крыла, приближая его к идеальному (эллиптическому). Кроме того, направление вектора подъемной силы при этом приближается к вертикальному, благодаря чему уменьшается горизонтальная составляющая равнодействующей аэродинамической силы. Правда, при малых углах атаки сопротивление крыла с конической круткой несколько больше (вследствие локального отрыва потока на нижней поверхности). Прирост сопротивления оказывается незначительным, если крутка (как и закругление передней кромки) сочетается с большим углом стреловидности. Кроме того, благодаря увеличивающейся кривизне отогнутой передней части профиля концы крыла работают при меньших локальных углах атаки, чем корневые части. Вследствие этого отрыв потока на концах крыла возникает при большем угле атаки самолета, что существенно улучшает его летные качества (эффективность элеронов), а также распределение нагрузки на крыло вдоль размаха (аналогичный эффект получается при использовании аэродинамической или геометрической турбулизации).

Эволюция фюзеляжа

Непрерывный рост удельной нагрузки на крыло, а также уменьшение относительной толщины профиля (т.е. уменьшение габаритов и особенно внутренних объемов крыла) приводят к тому, что в современных боевых самолетах оборудование, вооружение, часть топливных емкостей (а часто и двигательная установка), боевая нагрузка и т.п., не говоря уже о кабине экипажа, размещаются в фюзеляже. Кроме того, фюзеляж объединяет в единое целое отдельные части планера самолета-крыло, оперение и шасси. Эти обстоятельства приводят к увеличению размеров фюзеляжа и, следовательно, к ухудшению аэродинамических характеристик всего самолета, главным образом в результате возрастания коэффициента сопротивления. Некоторые размеры фюзеляжа, особенно его длина, определяются не только необходимым полезным пространством, но также и минимально допустимым с точки зрения устойчивости и управляемости расстоянием от оперения (в первую очередь горизонтального) до центра тяжести самолета.

В первые 10-15 лет разработки и эксплуатации сверхзвуковых самолетов считалось, что аэродинамически наиболее совершенной формой фюзеляжа является форма тела вращения с удлинением, зависящим от скорости полета. Благодаря пространственному характеру обтекания фюзеляжа волновой кризис возникает на нем позже, чем на профиле крыла с такой же относительной толщиной. Ввиду этого первые сверхзвуковые самолеты со скоростью полета около 1400 км/ч имели веретенообразные фюзеляжи, т.е. с контуром обычного дозвукового симметричного профиля: носовая часть закруглена по небольшому радиусу, миделево сечение расположено на 40-50% длины от передней точки и удлинение фюзеляжа равно 6-8. При увеличении сверхзвуковой скорости полета волновое сопротивление такого фюзеляжа значительно возрастает, поэтому оказалось необходимым применение фюзеляжей с остроконечной носовой частью и малой относительной толщиной, т. е. с удлинением до 10 и даже до 15 (особенно в тяжелых самолетах). В случае однодвигатель- ного самолета с лобовым воздухозаборником и соплом в «усеченной» хвостовой части длина фюзеляжа (и соответственно поверхность, обтекаемая внешним потоком) существенно уменьшается, вследствие чего уменьшается и аэродинамическое сопротивление. Таким образом, в конкретных случаях отклонение от теоретических форм для удовлетворения требований, касающихся компоновки, технологии, массы, прочности конструкции и т.п., может практически не ухудшать летных качеств самолета.

Поскольку применяемые двигательные установки при заданных габаритах и массе имеют ограниченную тягу, особое внимание при проектировании обращается на профилирование больших выступающих элементов фюзеляжа (надстроек), таких, как кабина, воздухозаборники и радиолокационные устройства. Эти надстройки, если они не имеют аэродинамически правильных форм, не только увеличивают сопротивление (уменьшая М кр ), но также на некоторых режимах полета уменьшают устойчивость и могут быть причиной появления вибраций. Чтобы избежать этого, надстройки вписываются по мере возможности в общую форму фюзеляжа, а выступающим элементам придаются большие углы наклона лобовых поверхностей и плавные очертания, переходящие в очертания фюзеляжа. Много внимания уделяется также аэродинамическому проектированию элементов соединения фюзеляжа с другими частями планера, особенно с крылом. Аэродинамическая интерференция между крылом и фюзеляжем при нерациональном их сочленении вызывает дополнительный прирост сопротивления, уменьшает М кр , а в некоторых случаях ведет к потере устойчивости (особенно при больших углах атаки) либо к возникновению вибраций оперения (бафтингу). При небольших скоростях полета интерференция вызывает преждевременный отрыв воздушного потока вследствие появления диффузорного эффекта между стенкой фюзеляжа и верхней поверхностью крыла. С этой точки зрения хуже всего схема низ- коп лана (построен 21 самолет такой схемы), особенно с фюзеляжем круглого сечения и прямым крылом. Поэтому в области соединения крыла с фюзеляжем часто предусматривают специальные обтекатели (зализы), предназначенные для выравнивания потока. Среднеплан (42 самолета), а особенно высокоплан (25 самолетов) в этом отношении гораздо лучше, так как устойчивость у высокоплана выше, хотя он и уступает среднеплану по величине сопротивления. При больших дозвуковых скоростях полета явление интерференции зависит от взаимного наложения полей скоростей вокруг крыла и фюзеляжа. В неблагоприятном случае это может стать причиной преждевременного достижения потоком воздуха локальных скоростей звука со всеми вытекающими из этого аэродинамическими последствиями, вызываемыми сжимаемостью воздуха.

Соединение фюзеляжа со стреловидным или треугольным крылом также может создавать значительное волновое сопротивление. Для его уменьшения эти соединения выполняются так, чтобы не происходило наложения друг на друга локальных областей пониженного и повышенного давлений.

С этой точки зрения одним из важнейших достижений первого периода развития сверхзвуковых самолетов было установление так называемого правила площадей, состоящего в том, что комбинация крыла с фюзеляжем обладает наименьшим сопротивлением, когда распределение нормальных к потоку сечений по длине самолета имеет тот же характер, что и у тела вращения наименьшего сопротивления. Практически это означает уменьшение сечений фюзеляжа в области крыла на величину, равную площади соответствующего нормального к потоку сечения крыла. Эффективность правила площадей в отношении уменьшения волнового сопротивления зависит, конечно, помимо фюзеляжа, и от других частей самолета, тем не менее наилучшие результаты достигаются при вытянутых фюзеляжах и коротких тонких крыльях. Особенно это касается крыльев с малым удлинением, обтекание которых является пространственным и имеет тенденцию к осевой симметрии. В связи с этим в некоторых самолетах, как бы «от природы» соответствующих упомянутому правилу, можно почти полностью пренебречь характерным сужением фюзеляжа (как, например, у английского самолета «Лайтнинг»). Это происходит потому, что каждый из факторов, уменьшающих волновое сопротивление (малая относительная толщина профиля, большая стреловидность, малое удлинение крыла), является определенным шагом в направлении выполнения правила площадей, т.е. самолет, выполненный с соблюдением требований аэродинамики, приближается по форме к геометрическому телу с малым аэродинамическим сопротивлением.

Невысокая эффективность правила площадей в отношении самолетов с М =› 2 иногда служит поводом к отрицанию его, тем более что выполнение этого правила ведет к увеличению стоимости изготовления планера самолета, а также к уменьшению полезного объема фюзеляжа. Кроме того, многие современные самолеты располагают такой тяговооруженностью, что преодоление звукового барьера не представляет для них особой трудности. Однако, с другой стороны, необходимость приспосабливания самолетов, особенно многоцелевых, к долговременным полетам с околозвуковыми скоростями на малой высоте привела к тому, что большинство из них строится в соответствии с правилом площадей, хотя внешне это и не всегда заметно.

За последние 10-20 лет появились сверхзвуковые самолеты, фюзеляж которых используется для создания подъемной силы. Такой фюзеляж имеет форму не тела вращения (конус-цилиндр-конус), а параллелепипеда. Это означает замену круглого или овального поперечного сечения фюзеляжа сечением, близким к прямоугольному, причем одна из больших сторон прямоугольника образует нижнюю часть фюзеляжа, которая и играет роль дополнительной несущей поверхности. Изменению подвергся также и профиль самолета. Использовавшаяся ранее форма днища фюзеляжа с кривизной, очерченной практически дугой одного радиуса, была заменена формой с кривизной, описываемой тремя дугами, создающими выпуклость носовой и хвостовой частей и вогнутость средней части. Фюзеляж, обладающий такой формой, получил название несущего. Характерной чертой фюзеляжей этого типа является еще и то, что фюзеляжная часть планера у таких самолетов значительно больше. Несущие фюзеляжи имеют самолеты F-4, F-5, SR-71A, F-111A, Е-266, «Ягуар» и др.

Другой, не менее характерной чертой сверхзвуковых самолетов является применение фюзеляжей с носовой частью, значительно выдвинутой вперед. Конечно, такое размещение больших масс вдоль оси самолета повлекло за собой существенное уменьшение отношения момента инерции относительно продольной оси к моментам инерции относительно других осей. Заметное удлинение самолета в сравнении с его размахом (длина фюзеляжа, отнесенная к размаху крыла, находится в пределах от 1,6 для самолета F-102A до 2,6 для самолета Х-3) не только ухудшило маневренность в вертикальной плоскости, но также затруднило поперечную управляемость ввиду слишком быстрого прироста угловой скорости при отклонении элеронов и управляемость по курсу вследствие возникновения эффектов обратного действия руля направления.

Общая схема самолета

Эволюция как крыла, так и фюзеляжа сверхзвукового самолета еще не завершена. Разнообразие возможных путей поиска и найденных конструктивных решений привело к большому разнообразию схем и конструкций сверхзвуковых самолетов.

Взаимное положение частей планера и их назначение определяют аэродинамическую схему самолета. Выбор соответствующей схемы и форм частей планера обеспечивает определенные аэродинамические, прочностные, массовые, тактико-технические и прочие характеристики, т. е. определенные функциональные свойства самолета в процессе его эксплуатации. В большинстве построенных до настоящего времени самолетов (62) принята классическая (нормальная) схема как наиболее всесторонне исследованная и оправдавшая себя на практике и лишь в двух случаях принята схема «утка» (XFV-12A и «Мираж» 4000). В остальных 24 случаях использована схема без горизонтального оперения («бесхвостка»), но в модификациях, сохраняющих достоинства классической схемы с одновременным исключением ее недостатков. Таким путем были разработаны аэродинамические схемы самолетов со свойствами, промежуточными между схемами «утка» и «бесхвостка». Это самолеты «Гриффон», ХВ-70А, F-4CCV, YF-16CCV и «Кфир» С2 со стационарными либо подвижными дополнительными поверхностями, «Мираж-Милан», Ту-144 и F-14 с убираемыми дестабилизаторами, а также «Вигген», выполненный по схеме биплан-тандем.

Рис. 1.24. Характерные формы фюзеляжа сверхзвуковых самолетов (масштаб 1 :200, для ХВ- 70А-масштаб 1 :400).

Рис. 1.25. Американские самолеты с несущим фюзеляжем.

Вверху F-5A, внизу SR-71A.

Рис. 1.26. Американский самолет «Валькирия» ХВ-70А с опущенными (вверху) и поднятыми (внизу) концевыми частями крыла.

Принятая аэродинамическая схема самолета обычно свидетельствует об индивидуальности конструктора, но тем не менее она всегда опирается на глубокий теоретический анализ и экспериментальные исследования, и ее принятие обусловлено рациональными предпосылками. Например, в самолете ХВ-70А с проектной крейсерской скоростью М = 3 использовано треугольное в плане крыло с отклоняемыми концевыми частями. При малых скоростях они образуют единую плоскость с основными частями крыла, благодаря чему при взлете и посадке удельная нагрузка на крыло меньше, а подъемная сила больше. При полете с большей скоростью концы крыла отклоняются вниз, что обеспечивает необходимую продольную устойчивость самолета (центр давления крыла оказывается ближе к центру тяжести самолета), а также позволяет обойтись горизонтальным оперением с поверхностью, почти вдвое меньшей, чем требуется обычно для условий сверхзвукового полета. Использование крыла такой конструкции приводит к уменьшению сопротивления самолета ввиду меньшего балансировочного сопротивления и сопротивления трения. Дестабилизирующая же плоскость (переднее крыло) во время взлета и посадки самолета ХВ-70А выполняет роль дополнительной несущей поверхности, размещенной перед центром тяжести самолета, что позволяет выполнять эти этапы полета на больших углах атаки без необходимости отклонения элевонов кверху (и уменьшения в связи с этим подъемной силы крыла).

Переднее крыло самолета ХВ-70А отличается высокой эффективностью, поскольку оно оснащено закрылками и расположено в носовой части самолета на значительном расстоянии от его центра тяжести. Взлет и посадка происходят при нулевом угле установки (относительно оси самолета) дополнительного крыла и отклонении закрылков на 20° (вместе с отклонением закрылков автоматически отклоняются книзу элевоны, что дополнительно увеличивает подъемную силу всей системы). На остальных режимах полета закрылки заблокированы в нейтральном положении и вся дополнительная плоскость выполняет роль балансировочных рулей, что особенно полезно для уравновешивания продольного момента, возникающего в результате изменения положения центра давления при переходе через скорость звука.

Другой особенностью самолета ХВ-70А (наряду с отклоняемыми концами крыла и дополнительной несущей поверхностью) является такой выбор его аэродинамической схемы, при котором скачок уплотнения используется для создания дополнительной подъемной силы. Этот эффект был обнаружен NACA в первой половине 50-х годов при определении количеств движения потоков, обтекающих различные тела. Например, при симметричном обтекании конического тела с горизонтальной плоскостью посередине количество движения потока разделяется поровну вверх и вниз. Поскольку для самолета выгодно, чтобы вектор количества движения обтекающего потока был направлен книзу, то вначале исследовалось тело в форме полуконуса, обращенного плоской поверхностью кверху, с несущей поверхностью, совмещенной с этой плоскостью. Затем этой поверхности были приданы отогнутые книзу концы; такая аэродинамическая схема оказалась оптимальной.

Помимо надлежащей формы крыла, необходимым условием создания дополнительной подъемной силы является соответствующее аэродинамическое проектирование части фюзеляжа, находящейся под крылом. В самолете ХВ-70А это средняя часть фюзеляжа, в которой располагаются воздушный канал и отсек двигательной установки, состоящей из шести двигателей. Под передней центральной частью крыла расположен воздухозаборник, центральный клин которого с углом при вершине ~ 48° создает косой скачок с углом, зависящим от скорости потока (числа Маха). Поскольку самолет проектировался на крейсерскую скорость, соответствующую М = 3,0, то в этих условиях угол наклона косого скачка составляет ~ 65°. Именно поэтому в самолете ХВ-70А треугольное крыло расположено так, что его передняя кромка оказывается непосредственно над первичным скачком. За этим скачком число Маха снижается на 0,3, а давление возрастает в среднем почти на 1,90 кПа. Расположенные ниже по потоку части фюзеляжа генерируют дальнейшие скачки уплотнения с тем же углом наклона, так что вся нижняя поверхность крыла оказывается над системой скачков, создающих область повышенного давления.

Прирост подъемной силы в результате использования благоприятных эффектов скачков уплотнения позволяет выполнять полеты при меньших углах атаки. Например, если самолет нормальной аэродинамической схемы летит с крейсерской скоростью при угле атаки 4°, то для самолета ХВ-70А этот угол составляет только 2°. Такое уменьшение угла атаки приводит к существенному уменьшению сопротивления самолета и снижению расхода топлива. Поскольку использование скачков уплотнения для создания дополнительной подъемной силы оказывается наиболее эффективным лишь при постоянной высокой сверхзвуковой скорости полета, т.е. когда угол наклона скачка уплотнения соответствует положению передней кромки крыла, то оно особенно целесообразно в пассажирских самолетах. Поэтому в самолетах Ту-144 и «Конкорд» с целью использования скачков обеспечено надлежащее взаимное положение гондол двигателей и передней кромки крыла.

Самолет «Гриффон» имеет менее сложную аэродинамическую схему, так как его дополнительная поверхность является простой стационарной дестабилизирующей плоскостью. Зато в самолетах «Мираж- Милан» и Ту-144, как и у ХВ-70, дополнительные несущие поверхности выполняют более сложные функции, но их новизна заключается в том, что дополнительные несущие плоскости («усы») выдвигаются лишь при малых скоростях полета (т. е. используются исключительно при определенных условиях обтекания), что обеспечивает максимальную эффективность при взлете и посадке и исключает влияние этих плоскостей на летные качества самолета при сверхзвуковых скоростях.

Рис. 1.27. Расположение и принцип действия управляющих поверхностей в самолетах, выполненных по схемам «бесхвостка» (а), «бесхвостка» со вспомогательным передним крылом или «утка» (б) и нормальной схеме (в).

Рис. 1.28. Французский истребитель «Мираж- Милан».

Применение дополнительных несущих поверхностей на самолете без горизонтального оперения объяснялось стремлением увеличить коэффициент подъемной силы треугольного крыла при малых скоростях полета. Как известно, увеличение угла атаки (для увеличения подъемной силы при одновременном сохранении продольной устойчивости) в таком самолете может быть достигнуто только посредством отклонения элевонов кверху. Однако такое отклонение элевонов ведет к опасному изменению характера обтекания крыла и уменьшению коэффициента подъемной силы на величину до 25%. Поскольку в рассматриваемом случае нужно применять мощные элевоны, механизация треугольного крыла в самолетах без горизонтального оперения почти невозможна. Поэтому такие самолеты отличаются, при малой удельной нагрузке на крыло, большими скоростями взлета и посадки. Оснащение самолета небольшими несущими плоскостями, располагаемыми перед крылом, позволяет создавать при взлете и посадке кабрирующий момент, поднимающий нос самолета кверху, что полезно с различных точек зрения, в особенности тем, что позволяет отклонять элевоны книзу.

Эффективность «усов» зависит от их положения относительно центра тяжести самолета; она возрастает при вынесении «усов» вперед. Однако применение таких дополнительных плоскостей имеет и ряд недостатков, к которым относятся:

– увеличение сопротивления всего самолета, что резко ухудшает характеристики треугольного крыла при сверхзвуковых скоростях;

– появление новых источников завихрений, нарушающих нормальную работу воздухозаборников и двигателей;

– отклонение потока воздуха за «усами» и уменьшение вследствие этого подъемной силы крыла;

– ухудшение условий обзора из кабины экипажа вперед при больших углах атаки;

– возникновение зависящего от угла атаки момента на кабрирование (тогда как в диапазоне используемых углов атаки целесообразно, чтобы этот момент был всегда постоянным).

Единственным способом, позволяющим исключить указанные недостатки, является применение убирающихся «усов». Для получения кабрирующего момента, не зависящего от угла атаки, необходимо использовать «усы» малой поверхности с большим коэффициентом подъемной силы, слабо изменяющимся в области критических углов атаки. При выдвижении таких «усов» положение центра давления самолета почти не меняется, что весьма важно, так как при изменении положения центра давления изменяется запас статической устойчивости самолета.

Специальные исследования убираемых «усов» позволили определить их оптимальную аэродинамическую конфигурацию следующими признаками: «ус» должен иметь форму, близкую к прямоугольной, и большое удлинение, должен изготовляться из толстых профилей значительной кривизны и иметь две стационарные щели-за передней и перед задней кромками. «Усы», удовлетворяющие этим требованиям, характеризуются большим коэффициентом подъемной силы, сохраняющим почти постоянное значение во всем диапазоне используемых околокритических углов атаки при небольших скоростях полета. Кроме того, «усы», оптимизированные для условий малых скоростей обтекания, хорошо работают и при околозвуковых скоростях.

Рис. 1.29. Кинематика системы управления «усами» самолета «Мираж-Милан». 1 -стационарный предкрылок; 2-основная часть крыла; 3-стационарный однощелевой закрылок; 4-щели; 5-люк ниш убирания «усов»; 6-лонжерон; 7-тяга системы управления положением; 8 -ходовой винт; 9-кронштейны крепления двигателя; 10-электропривод.

Плавное изменение кабрирующего момента обеспечивает соответствующая кинематическая система, увеличивающая угол атаки по мере выпускания «усов». Результаты исследований показали, что возрастание подъемной силы при выпускании «усов» вполне компенсирует уменьшение этой силы на основном крыле вследствие отклонения потока воздуха. Зато возможность отклонения элевонов книзу, а не кверху позволяет увеличить подъемную силу почти на 25% при неизменном аэродинамическом качестве самолета с выпущенными «усами». Кроме вышеназванных достоинств, система «усов» обеспечивает простое управление и повышенную устойчивость самолета во время снижения и уменьшения скорости перед посадкой, возможность захода на посадку с большим углом атаки, а также улучшение реакции самолета на режиме выравнивания, что позволяет более точно намечать точку приземления и дополнительно уменьшает посадочную дистанцию.

В самолете «Мираж-Милан» применены «усы» с площадью, составляющей 1,7% площади всей несущей поверхности самолета. Они изготовлены с применением усовершенствованного профиля St-Cyr-156. Усовершенствование заключалось в двукратном увеличении кривизны средней линии, а также во введении двух постоянных щелей, обеспечивающих механизацию крыла в виде неподвижных предкрылков и однощелевых закрылков. Такое изменение профиля обеспечивает контроль за отрывом потока, а значит, и возможность создания подъемной силы, не зависящей (в определенных пределах) от изменения угла атаки. В выпущенном состоянии «усы» устанавливаются под углом 19° и имеют положительный угол поперечного V 15°. Каждый «ус» может поворачиваться относительно собственной вертикальной оси, наклоненной под небольшим углом, посредством общего привода, состоящего из электромотора, ходового винта, траверсы, рычага и поворотной цапфы. Боковые ниши в передней части фюзеляжа позволяют выпускать и втягивать «усы»; ниши закрываются подвижными щитками, плотное прилегание которых обеспечивают пружины. Масса всей системы составляет 50 кг. Выпускание «усов» длится 6-7 с. Они используются при скоростях полета до 600 км/ч.

Рис. 1.30. Иллюстрация принципов создания подъемной силы в самолетах «Дракен» и «Вигген» (а) и зависимости коэффициента подъемной силы Cz от угла атаки а для самолета схемы биплан-тандем при различных расположениях переднего крыла (б).

Проблема улучшения взлетно-поса- дочных характеристик заметно повлияла также на концепцию самолета «Вигген», который был спроектирован по схеме би- план-тандем без горизонтального оперения, т.е. с определенными аэродинамическими признаками схемы «утка». Система двух несущих плоскостей различной площади дает комбинацию, которая наиболее рациональна с точки зрения сочетания хороших взлетно-посадочных характеристик и крейсерских летных данных при сверхзвуковых скоростях. Кроме того, самолет, выполненный по схеме биплан-тандем, не очень чувствителен к воздействию турбулентности атмосферы, что особенно важно во время полетов на малых высотах с большими скоростями.

Перед началом проектирования самолета «Дракен» военные потребовали, чтобы этот самолет имел скорость, вдвое большую, чем его предшественник, но чтобы он в то же время мог эксплуатироваться с существующих аэродромов. Тогда было применено треугольное крыло с изломом передней кромки (с увеличенным углом стреловидности в корневых частях крыла). В случае самолета «Вигген» была поставлена задача лишь незначительно увеличить максимальную скорость и одновременно введено условие эксплуатации с аэродромов, имеющих взлетно-посадочные полосы длиной до 500 м. Конфигурация «двойной треугольник» была подвергнута разносторонним исследованиям, целью которых являлось улучшение летных качеств крыльев при малых скоростях и сохранение хороших характеристик при сверхзвуковых скоростях полета.

Так возникла аэродинамическая схема биплан-тандем, в которой большая общая подъемная сила во время взлета и посадки достигается благодаря созданию дополнительной подъемной силы на переднем крыле, оснащенном закрылками. Для увеличения этой силы закрылки имеют систему управления пограничным слоем (путем сдува его воздухом, отбираемым от компрессора двигателя), а само вспомогательное крыло расположено значительно выше главного и имеет больший угол установки. Благодаря этому угол атаки при посадке может быть больше, чем для самолета «Дракен» (у которого он равен 12-14°). Испытания показали, что даже при углах атаки ~ 30° нет опасности срыва потока и сохраняется достаточная продольная и поперечная устойчивость. В результате «Вигген», будучи сверхзвуковым самолетом, имеет посадочные характеристики хорошего дозвукового самолета.

Использование устройства реверса тяги и форсажной камеры даже обеспечивает «Виггену» свойства самолета короткого взлета и посадки. Использованный в конструкции этого самолета принцип создания дополнительной подъемной силы за счет использования дополнительной несущей поверхности перед основным крылом не нов, но ввиду тенденции быстрого отрыва потока на передней плоскости он не нашел широкого применения, поскольку это явление вызывает ухудшение летных качеств самолета при малых скоростях (больших углах атаки). Однако эксперименты в аэродинамической трубе, проведенные SAAB, показали, что если обе несущие плоскости имеют треугольную форму с надлежащими характеристиками и оптимально взаимораспо- ложены, то отрыв потока на передней плоскости не возникает даже при углах атаки, превышающих эксплуатационные. Кроме того, как это видно на схемах рис. 1.30, размещение переднего крыла выше плоскости главного обеспечивает не только высокую эффективность переднего, но также и полезное взаимодействие обоих крыльев при возникновении вихрей на больших углах атаки.

Очень хорошие летные характеристики самолета достигнуты также благодаря применению треугольного крыла с профилями малой относительной толщины и с большим углом стреловидности по передней кромке. Переднее крыло имеет постоянную стреловидность по передней кромке (60°), а основное-переменный угол стреловидности: меньший в корневых частях (45°) и больший в концевых (57°), т.е. наоборот по сравнению с самолетом «Дракен».

Благодаря достоинствам схемы биплантандем самолет «Вигген» оказалось возможным оснастить крыльями с площадью и размахом, значительно меньшими, чем у треугольных крыльев обычных самолетов. Это позволило существенно уменьшить аэродинамическое сопротивление, особенно при высоких скоростях.

Резюмируя изложенное выше о самолете «Вигген», можно констатировать, что с точки зрения аэродинамики схема биплан-тандем периодически привлекала внимание конструкторов на протяжении всего развития авиации. Но поскольку выбор такой схемы содержит в себе определенный риск (возможный отрыв потока на передней плоскости при больших углах атаки и связанные с этим неблагоприятные последствия), то она оказалась реализованной и нашла путь к серийному производству только после введения сдува пограничного слоя с закрылков переднего крыла.

Такая схема при ее оптимальной реализации обеспечивает короткий взлет и посадку без конструктивных дополнений, какие имеют самолеты ВВП или самолеты с изменяемой геометрией крыла, т.е. самолеты сложной конструкции. Это позволило не только значительно снизить единичную стоимость самолетов этого типа, но также упростить обслуживание и эксплуатацию и повысить надежность. Однако поскольку любая схема не лишена и определенных недостатков, а технический прогресс непрерывно открывает новые возможности, то при разработке самолетов следующего поколения могут оказаться полезными даже те конструктивные идеи, которые сегодня считаются нерациональными. Таким образом, разнообразие путей поиска решений можно расценивать как фактор, обеспечивающий дальнейший прогресс.

4. Управление сверхзвуковым самолетом

Во время второй мировой войны и в первые годы после ее окончания пилоты и конструкторы столкнулись с рядом аномалий в устойчивости и управляемости самых быстрых самолетов-истребителей с поршневыми двигателями и первых реактивных самолетов. Позднее, после проведения обширных исследований, удалось так усовершенствовать форму околозвукового, а затем и сверхзвукового самолета, что изменения устойчивости и управляемости при волновом кризисе стали проявляться менее резко, а потом и вовсе едва заметно.

Эти аномалии связаны главным образом с характером обтекания при околозвуковых скоростях. Такому обтеканию сопутствовали среди прочих следующие характерные явления:

1. Наиболее часто происходило затягивание в пикирование. В таких случаях после достижения определенной скорости полета при неподвижной ручке управления самолет начинал самопроизвольно наклоняться носом вниз, а скорость и угол пикирования быстро увеличивались. Пытаясь противодействовать этому, пилот прикладывал к ручке исключительно большое усилие, наклоняя ее на себя. Однако иногда самолет не реагировал на действия пилота и выходил из пикирования самопроизвольно на малой высоте либо разбивался.

Причины, вызывающие это явление, были выяснены только в последующие годы. Исследования показали, что при достижении околозвуковых скоростей в областях наибольшего разрежения на поверхностях крыла и оперения возникает сверхзвуковое обтекание, изменяющее характер распределения давления вдоль хорды профиля. При этом центр давления (ц.д.) профиля смещается назад, что приводит к соответствующему сдвигу назад ц. д. всего самолета; это в свою очередь (при постоянном положении центра тяжести самолета ц. т.) вызывает увеличение момента на пикирование. В самолетах дозвуковых аэродинамических форм, в которых планер винтомоторного самолета был приспособлен для установки реактивного двигателя, явление затягивания в пикирование было реальной опасностью, поскольку у прямого крыла с довольно большой относительной толщиной профиля ц.д. сильнее смещается назад при переходе от дозвуковых скоростей полета к сверхзвуковым. Ввиду этого для первых реактивных самолетов устанавливалось ограничение на максимально допустимое полетное число Маха, всегда меньшее критического значения Мкр .

Изменение продольного момента при переходе самолета через звуковой барьер всегда значительно; только в результате смещения назад ц.д. происходит 3-кратное увеличение момента на пикирование. В самолетах дозвуковых аэродинамических форм с горизонтальным оперением, состоящим из стабилизатора и руля высоты, необходимый для балансировки самолета момент можно было создать лишь с помощью руля. В то же время явление затягивания в пикирование сопровождалось значительным снижением эффективности управления при околозвуковых скоростях полета. Это не позволяло компенсировать резко возрастающий продольный момент, особенно в диапазоне чисел Маха 0,8-1,0.

2. Снижение эффективности при М › › Мкр характерно не только для руля высоты, но и для всех других управляющих поверхностей и связано с особенностями сверхзвуковых течений, в которых возмущения не распространяются вверх по потоку (поток имеет сверхзвуковую скорость, а возмущения распространяются со скоростью звука). Ввиду этого при полетах с дозвуковыми скоростями отклонение руля, расположенного в задней части профиля, приводит к изменению распределения давления по всему профилю (т.е. на всей поверхности, например, оперения), тогда как при возрастании М выше Мкр это изменение охватывает все меньшую область ввиду перемещения сверхзвукового скачка уплотнения в направлении задней кромки. При М › 1 отклонение руля вызывает изменение распределения давления уже только на нем самом, из-за чего эффективность руля в сверхзвуковом полете всегда ниже, чем в полете с дозвуковой скоростью.

3. При околозвуковых скоростях полета руль настолько охвачен областью возмущений, вызванных отрывом, что его отклонения (в большом диапазоне углов) не в состоянии изменить направления потока. Это означает, что эффективность, например, руля высоты дополнительно снижается, а в некотором диапазоне углов отклонения утрачивается полностью. Это явление названо аэродинамической блокировкой рулей. Руль вновь приобретает нормальную действенность только тогда, когда все обтекание становится сверхзвуковым.

4. Большое значение для устойчивости самолета и характера переходных процессов имеют демпфирующие моменты, которые появляются во время поворота самолета относительно соответствующих осей. Эти моменты возникают вследствие существования относительной скорости потока, противоположной направлению поворота. Относительная скорость потока вызывает изменение углов атаки профилей и приводит к возникновению дополнительных аэродинамических сил, моменты которых относительно центра тяжести самолета противодействуют повороту. Результирующий демпфирующий момент представляет собой сумму моментов от оперения, фюзеляжа и крыла. С учетом несущих поверхностей наибольший момент возникает, очевидно, относительно поперечной оси, а его значение зависит от формы и величины крыла, фюзеляжа и горизонтального оперения, т.е. от принятой аэродинамической схемы и компоновки самолета, особенно от формы крыла и наличия горизонтального оперения.

5. На продольное демпфирование значительное влияние оказывает скос потока в области горизонтального оперения. Возникновение скоса потока объясняется тем, что вихревое течение, индуцируемое концами крыла, имеет составляющую скорости, направленную вниз, которая, суммируясь со скоростью невозмущенного потока, изменяет угол атаки горизонтального оперения. Величина этого изменения зависит от угла атаки крыла (или коэффициента подъемной силы), числа Маха, а также от формы крыла. Скос потока вблизи горизонтального оперения, расположенного за крылом, может оказывать существенное влияние на продольную устойчивость самолета, поскольку сильнее всего он проявляется при околозвуковых скоростях, когда центр давления перемещается назад.

Особенно неблагоприятен скос потока для самолетов с прямым крылом, у которых в результате интерференции крыла и фюзеляжа кризисные явления возникают главным образом в корневой части крыла. Они приводят к уменьшению скоса потока, а тем самым к уменьшению направленной вниз уравновешивающей силы оперения и появлению дополнительного момента на пикирование, который возникает одновременно с другим дополнительным моментом-от перемещения ц.д. самолета.

В отличие от прямого крыла у стреловидного кризисные явления возникают прежде всего на концах. Это вызывает такое изменение распределения давления вдоль размаха, что скос потока вблизи горизонтального оперения возрастает, а устойчивость самолета уменьшается. В самолетах со стреловидным либо треугольным крылом при околозвуковых скоростях это совпадает с уменьшением подъемной силы на концах крыла. Поскольку концы таких крыльев находятся за центром тяжести самолета, уменьшение на них подъемной силы приводит к возрастанию момента на кабрирование, что в совокупности с увеличением этого же момента вследствие скоса потока может привести к неустойчивости на некоторых режимах полета, особенно при больших значениях коэффициента подъемной силы. При увеличении сверхзвуковой скорости полета скос потока вблизи горизонтального оперения постепенно уменьшается, так как по мере разгона самолета углы раствора конусов возмущений уменьшаются. В зависимости от соотношения размахов крыла и оперения, а также от значения числа Маха скос потока за крылом может вообще не оказывать влияния на работу горизонтального оперения, если это оперение расположено за конусами возмущений.

6. Возникновение скачков уплотнения на крыле в области элеронов, а также интенсивный срыв потока за элеронами при околозвуковых и сверхзвуковых скоростях полета могут снизить эффективность элеронов и даже вызвать их обратное действие, обусловленное чисто аэродинамическими причинами 1* . Например, отклонение элерона книзу может усугубить волновой кризис (отрыв потока) на верхней поверхности, что приведет к уменьшению подъемной силы крыла вместо требуемого увеличения ее. Отклонение элерона кверху на другом полукрыле может вызвать отрыв потока на его нижней поверхности, что приведет к нежелательному увеличению подъемной силы. В результате оказывается, что момент крена, создаваемый элеронами, противоположен требуемому.

7. Явление, аналогичное описанному выше, возникает также при управлении самолетом по курсу. При дозвуковой скорости полета после поворота руля направления, например, вправо самолет, осуществляя поворот, кренится в ту же сторону независимо от формы крыла. При полете с Мкр картина меняется: после отклонения руля вправо левое крыло выдвигается вперед и его эффективный угол стреловидности относительно потока уменьшается, в связи с чем снижается также Мкр . В результате волновой кризис раньше возникает на левом крыле и его подъемная сила уменьшается, вследствие чего самолет получает крен на левую сторону вместо правой. Этот эффект усугубляется еще и тем, что сила, возникшая на вертикальном оперении, после поворота руля направления воздействует на определенном плече относительно продольной оси самолета и, следовательно, создает момент, вызывающий дополнительный крен в направлении, противоположном требуемому.

Описанное явление особенно характерно для современных самолетов с вертикальным оперением большой площади и крыльями малого удлинения, которые имеют малый продольный момент инерции. Очевидно, что противоположная реакция самолета на отклонение руля направления может быть связана также со сжимаемостью воздуха и возникновением кризисных явлений при несимметричном обтекании правой и левой консолей крыла, а также со специфическими формами сверхзвуковых самолетов и их меньшим моментом инерции относительно продольной оси. Эффект реверса руля направления может проявляться в диапазоне не только околозвуковых, но также и сверхзвуковых скоростей, особенно при М › l,5-2,0.

1* Обратное действие (реверс) элеронов проявляется в отклонении самолета в сторону, противоположную заданной пилотом. Реверс связан с упругостью конструкции и возникает при определенной (для данного типа самолета) скорости.

Развитие аэродинамических систем управления

Большое число и разнообразие явлений, ведущих к ухудшению устойчивости и управляемости в диапазоне сверхкритических скоростей, а также отсутствие эффективных средств противодействия им в первых около- и сверхзвуковых самолетах сделали полеты очень сложными и потребовали от пилотов исключительно осторожного управления. Практическое использование таких самолетов было невозможным, так как выполнение полета требовало концентрации всего внимания пилота.

Утрата эффективности управления в диапазоне сверхкритических скоростей-крайне опасное явление, требующее энергичного противодействия со стороны конструктора самолета. Если самолет имеет двигательную установку с достаточно большой тягой, то при разгоне он может относительно быстро преодолеть интервал околозвуковых скоростей, и поэтому некоторые из вышеописанных эффектов проявляются в течение такого короткого времени, что это не влияет на поведение самолета. Однако требование длительного полета современных самолетов на малой высоте с околозвуковыми скоростями вынуждает конструкторов разрабатывать различные аэродинамические и конструктивные способы обеспечения надлежащей управляемости во всем диапазоне эксплуатационных скоростей. Особенно стремятся к тому, чтобы снижение эффективности управления не совпадало по времени с нарушениями устойчивости, связанными с волновым кризисом на крыле в диапазоне околозвуковых скоростей.

В построенных до настоящего времени сверхзвуковых самолетах проблемы устойчивости разрешены различными способами, однако преимущественно посредством соответствующих комбинаций управляющих поверхностей: элеронов; элевонов; управляемого дифференциального стабилизатора; элеронов и рулей высоты, размещенных в хвостовых частях крыла; зависающих элеронов; интерцепторов; рулей высоты и направления либо цельнопово- ротного горизонтального и вертикального оперения, которое в самолетах вертикального взлета и посадки (как исключение, и в высотном самолете Х-15А) дополнено системой струйного (реактивного) управления.

Как следует из данных, содержащихся в табл. 1, в 37 самолетах для поперечного управления использованы элероны; в 7-элероны и интерцепторы; в 3-элероны и дифференциальный управляемый стабилизатор; в 8-интерцепторы и дифференциальный управляемый стабилизатор; в 5-только дифференциальный управляемый стабилизатор; в 19-элевоны; в 6-элероны и рули высоты в хвостовой части крыла; в 1-зависающие элероны и дифференциальный управляемый стабилизатор и в 2-только интерцепторы. Для управления по тангажу и курсу в 6 самолетах использовано классическое горизонтальное оперение, состоящее из неподвижного стабилизатора и руля высоты; в 56-полностью поворотное горизонтальное оперение, в том числе в 17-дифференциальное (всего создано 62 самолета классической схемы); в 75-классическое одно- килевое оперение; в 6-двухкилевое оперение; в 5-полностью поворотное одно килевое и в 2-поворотное двухкилевое.

Приведенные данные показывают, что проблема управления самолетами разрешалась разными способами в зависимости от принятой общей концепции самолета, развития аэродинамики и имеющегося опыта. В то же время возможности использования различных методов в целях получения требуемой устойчивости весьма ограничены. Помимо соответствующего взаимного расположения несущих поверхностей различной формы и площади, улучшения продольной устойчивости можно добиться только путем регулирования положения центра тяжести самолета посредством перекачки топлива из передней части фюзеляжа к хвостовой (либо наоборот), а улучшения устойчивости по курсу- посредством применения подфюзеляжных килей и аэродинамических направляющих.

Топливная система, позволяющая изменять балансировку самолета в полете, использована в 4 самолетах, а подфюзе- ляжные кили-в 26 (в том числе: в 15-одиночные, в 10-сдвоенные и в 1-строенные).

Проблема малой маневренности первых сверхзвуковых самолетов как следствия недостаточной эффективности продольного управления с помощью руля высоты была разрешена путем использования цельнопо- воротного горизонтального оперения (управляемого стабилизатора). Такое оперение выполняется в виде моноблочной конструкции, поворачиваемой относительно поперечной оси и выполняющей функции как руля, так и стабилизатора. Оно не теряет эффективности при сверхзвуковом обтекании, поскольку не подвержено аэродинамической блокировке. Конструкция существенно упрощается в связи с возможностью избежать разделения горизонтального оперения на неподвижную и поворотную части, исключить шарнирные соединения и элементы управления рулем, весовую балансировку руля и т.п. Цельноповоротное оперение позволяет применять весьма тонкий профиль, что также положительно влияет на аэродинамические характеристики.

Достоинства цельноповоротного горизонтального оперения имеют двоякий характер. Во-первых, оперение этого типа значительно более эффективно в диапазоне около- и сверхзвуковых скоростей, что позволяет расширить возможности использования несущих свойств крыла для увеличения грузоподъемности. Во-вторых, более высокая эффективность цельноповоротного оперения позволяет создавать в полетах со сверхкритическими скоростями большие перегрузки, что существенно увеличивает маневренность самолетов с таким оперением в сравнении с самолетами, имеющими обычный руль высоты. Часто поворотный стабилизатор выполняется в виде двух плоскостей (левой и правой), что дает возможность как согласованного, так и дифференциального их отклонения. Эффективность такого оперения может быть дополнительно повышена применением закрылков со сдувом пограничного слоя (TSR.2) или созданием уступа передней кромки (F-15).

Упомянутое выше явление скоса потока вблизи горизонтального оперения, расположенного за крылом, может при их неблагоприятном взаимном расположении привести к отрицательным последствиям как при дозвуковых, так и при сверхзвуковых скоростях. В последнем случае наибольшее изменение скоса потока происходит на фронте косых скачков у задней кромки крыла. При полете на больших высотах ввиду значительных углов атаки этот фронт в районе оперения находится высоко над продольной осью самолета. В связи с этим при среднем или верхнем расположении горизонтального оперения (как это сделано на многих околозвуковых самолетах, с тем чтобы вынести оперение из области возмущений, индуцированных крылом) на сверхзвуковом режиме полета оперение может оказаться в зоне наибольшего скоса потока. Это, очевидно, может стать причиной возникновения неустойчивости, поэтому на большинстве сверхзвуковых самолетов классической схемы горизонтальное оперение размещено в нижней части фюзеляжа. В таком случае горизонтальное оперение находится вне области возмущений, а скос потока за крылом при сверхзвуковых скоростях бывает наименьшим.

Исключение составляют самолеты с очень короткими хвостовыми частями фюзеляжа (SR.53 и «Жерфо»), а также самолеты с прямыми крыльями малого удлинения (F-104 и Т. 188), в которых применено Т-образное хвостовое оперение. Поскольку расположение оперения влияет также и на возникновение вибраций типа бафтинга, то оно для каждого конкретного случая определяется путем исследований моделей в аэродинамической трубе и испытаний самолета в полете.

Как уже упоминалось, при переходе от дозвуковой скорости полета к сверхзвуковой происходит увеличение момента на пикирование, для компенсации которого в самолете классической схемы при передней центровке необходимо создание на горизонтальном оперении направленной вниз силы, увеличивающей момент балансировки. Однако это приводит к уменьшению аэродинамического качества и в конечном счете к сокращению на 10-20% радиуса действия самолета. Обеспечение устойчивости самолета такой ценой, естественно, неприемлемо.

Помимо описанных выше способов изменения положения (перемещения вперед) центра давления самолета путем размещения в передней части фюзеляжа дестабилизирующих плоскостей (т.е. путем использования схемы, близкой к схеме «утка»), а также с помощью крыла оживальной формы (эта проблема освещена в главе, посвященной пассажирским самолетам), практическое применение нашел также метод изменения положения центра тяжести самолета в полете посредством перекачки топлива. Для реализации этого метода потребовалось разработать специальные автоматические устройства, определяющие и изменяющие положение ц. т. самолета при изменении его ц.д., а также использовать топливные насосы большой производительности, трубопроводы и балансировочные баки в передней и хвостовой частях фюзеляжа. Этот метод обеспечения почти постоянного запаса статической продольной устойчивости при дозвуковых и сверхзвуковых скоростях полета нашел применение в самолетах среднего радиуса действия. Исследования влияния величины аэродинамического качества на увеличение радиуса действия подтвердили целесообразность применения такой системы, несмотря на соответствующее усложнение и утяжеление конструкции. Перекачка топлива применяется как в боевых (В-58 и «Мираж» IVА), так и в пассажирских (Ту-144 и «Конкорд») самолетах. Особые трудности вызывает при этом необходимость обеспечения соответствующей поперечной устойчивости и управляемости при сверхзвуковых скоростях полета и больших углах атаки, поскольку при перекачке топлива происходят изменения аэродинамических, инерционных и жесткостных характеристик самолета. В полете с около- и сверхкритическими скоростями может произойти аэродинамическая блокировка элеронов, поэтому поперечное управление самолетом при таких скоростях обычно затруднено. Уменьшение относительной толщины профиля крыла и оперения, рекомендованное вначале для уменьшения волнового сопротивления, оказалось полезным также и для улучшения управляемости, однако проблема этим путем решается лишь частично.

Рис. 1.31. «Игл» F-15 с управляемым дифференциальным стабилизатором, имеющим геометрический уступ передней кромки.

Рис. 1.32. Элементы аэродинамической системы управления самолета «Виджилент» А-5. 1 -носовые щитки с устройствами сдува пограничного слоя с носка крыла; 2-закрылки со сдувом пограничного слоя; 3-цельноповоротный киль; 4 -управляемый дифференциальный стабилизатор; 5-трехсек- ционные интерцепторы.

Дополнительные нарушения работы элеронов (помимо влияния сжимаемости воздуха) вызывает стреловидность передней кромки крыла. Отрыв пограничного слоя в средней и концевой частях стреловидного крыла приводит к снижению эффективности находящегося там элерона, в связи с чем нередко последние располагают вблизи фюзеляжа. Прифюзеляжными элеронами оснащены, в частности, самолеты F-100 и F-8. Дополнительное достоинство таких элеронов-меньшая подверженность явлению реверса, а недостаток-уменьшение плеча действия силы, т. е. управляющего момента. Для компенсации уменьшения плеча таких элеронов приходится увеличивать их площадь.

В самолетах do стреловидным крылом элероны дополняются либо зачастую заменяются интерцепторами, размещаемыми на верхней поверхности крыла перед элеронами или вблизи задней кромки. Выдвижение интерцептора нарушает обтекание крыла, вызывая уменьшение подъемной силы и увеличение сопротивления. В результате самолет накреняется в сторону того крыла, на котором выдвинут интерцептор.

Как уже упоминалось, интерцепторами оснащено 16 самолетов, причем только в двух из них (YF-107A и Т-2) для поперечного управления оказалось достаточно одних лишь интерцепторов. Поскольку для интерцепторов характерно некоторое запаздывание действия, в других самолетах используется их комбинация с дифференциальным управляемым стабилизатором или с элеронами. Первая комбинация реализована только в двух самолетах постоянной геометрии (А-5 и «Ягуар»); чаще всего применяется она в самолетах изменяемой геометрии, которые обычно не имеют элеронов, так как весь размах крыла отводится под механизацию для повышения эффективности крыла при малых углах стреловидности. В этом случае (обычно при малой или умеренной стреловидности крыла) интерцепторы работают совместно с дифференциальным управляемым стабилизатором, выполняющим функции как руля высоты, так и элеронов. В самолетах же постоянной геометрии интерцепторы обычно используются при больших скоростях полета, а элероны в это время блокируются в нейтральном положении.

Интересным примером такого взаимодействия могут служить интерцепторы в самолете МиГ-19, размещенные на нижней поверхности крыла. Они выполнены в виде уголковой конструкции, подвешенной на двух кронштейнах и выдвигаемой из крыла. Интерцептор выдвигается на толщину пограничного слоя только на той консоли, где элерон отклоняется книзу. Это вызывает торможение потока и увеличение подъемной силы, повышая тем самым эффективность управления.

Эффективность действия элеронов на треугольном крыле достаточно высока. Благодаря большому углу стреловидности, малому удлинению и тонкому профилю волновой кризис возникает здесь при больших скоростях и проявляется в смягченной форме, из-за чего самолету почти не угрожает аэродинамическая блокировка элеронов. Кроме того, малое удлинение предотвращает срыв потока на концах крыла при больших углах атаки. Перемещение центра давления для треугольного крыла при переходе через скорость звука относительно мало. Это положительно влияет на устойчивость, и поэтому в таких самолетах часто обходятся без горизонтального оперения, монтируя руль высоты на задней кромке крыла (схема «бесхвостка»).

Поскольку задняя кромка в треугольном крыле обычно весьма коротка, то чаще всего функции элерона и руля высоты объединяются в одной управляющей плоскости, называемой элевоном. Таким образом, элевон служит как для продольного, так и для поперечного управления. При движении ручки управления вперед или назад оба элевона отклоняются соответственно вниз или вверх, действуя, таким образом, как руль высоты. Движение ручки управления в стороны вызывает дифференциальные отклонения, т. е. левый элевон отклоняется вверх, а правый-вниз, либо наоборот, т. е. элевоны работают как обычные элероны. Аналогичным образом работают также зависающие элероны (закрылки-элероны, флапероны), используемые как для поперечного управления, так и для улучшения несущих характеристик самолета, улучшения маневренности и уменьшения скорости взлета и посадки. Поперечное управление с помощью зависающих элеронов и интерцепторов используется на самолете F-16. Поперечное управление может осуществляться также посредством одного управляемого дифференциального стабилизатора («Тридан» II, Х-15A, TSR.2).

Следует отметить, что на многих современных самолетах со стреловидными или треугольными крыльями поперечная управляемость улучшается в результате установки крыла с отрицательным углом поперечного У. Однако существенного улучшения динамических характеристик сверхзвуковых самолетов при поперечном маневре получить посредством значительного увеличения отрицательного угла поперечного V не удается, так как это приводит либо к поперечной неустойчивости при больших скоростях полета, либо к возможности повреждения концов крыла о землю при взлете или посадке. С учетом этого в самолете TSR.2 применен отгиб концов крыла книзу (что позволяет схема высоко- плана с треугольным крылом малого размаха), а в самолете F-4-кверху. Поскольку в последнем случае устойчивость самолета оказалась слишком большой, горизонтальное оперение установлено с большим отрицательным углом поперечного V. При этом расстояние от концов крыла (или оперения) до земли оказывается вполне достаточным. Благодаря такому подходу (при одновременном использовании закрылков со сдувом пограничного слоя) для самолета F-4 оказались возможными взлет и посадка с большими углами атаки.

Рис. 1.33. Элементы аэродинамической системы управления самолета Х-15.

1 -управляемый дифференциальный стабилизатор; 2-поворотная часть киля; 3-отъемная нижняя часть подфюзеляжного киля; 4-тормозные щитки; 5-закрылки; 6-реактивные сопла поперечного управления; 7-реактивные сопла продольного управления; 8-реактивные сопла управления рысканием; 9-баллон сжатого воздуха; /0- рьгчаг подсистемы реактивного управления.

Ввиду необходимости применения вертикального оперения с тонкими профилями и большими углами стреловидности, а также из-за его аэродинамического затенения длинным фюзеляжем и крылом малого удлинения путевая устойчивость самолета существенно снижается при малых скоростях полета. Уменьшается она также и при больших сверхзвуковых скоростях по причине снижения эффективности вертикального оперения (из-за изменения распределения давления на профиле), а также вследствие дополнительного затенения, возникающего при полетах на больших высотах, выполняемых с большими углами атаки.

Устранение этих недостатков возможно посредством увеличения либо поверхности оперения, либо расстояния между центром давления вертикального оперения и центром тяжести самолета. Поскольку это ведет к увеличению массы конструкции и сопротивления трения, для повышения путевой устойчивости часто используют дополнительное вертикальное оперение под фюзеляжем (где оно находится в невозмущенном потоке). Такой подфюзеляжный киль установлен на экспериментальном ракетном самолете Х-15 (в обычных самолетах такой подфюзеляжный киль не отвечает требованиям эксплуатации-его надо убирать перед приземлением, а взлет возможен только при малых углах атаки). Поэтому для повышения устойчивости на серийных сверхзвуковых самолетах применяется либо двухкилевое оперение (например, в Е-266, SR-71, ХВ-70А), либо одноки- левое с подфюзеляжными небольшими (по высоте) килями или аэродинамическими направляющими. Эти поверхности имеют форму и размеры, не затрудняющие взлет и посадку. Они ограничивают поперечное перетекание потока на фюзеляже при полете со скольжением, благодаря чему в создание демпфирующего поперечного момента включается значительно большая поверхность хвостовой части фюзеляжа.

Такой способ увеличения путевой устойчивости наиболее рационален, поэтому он и нашел исключительно широкое применение; распространены одинарные, сдвоенные и даже строенные направляющие и кили (YF-12A), главным образом стационарной конструкции, и только в четырех случаях использованы подвижные конструкции. Одинарные кили последнего типа выполняются либо складывающимися в стороны (F-11), либо втягиваемыми в фюзеляж (YF-12A) на время взлета и посадки для увеличения угла атаки при низком шасси. Сдвоенные подвижные направляющие отклоняются в стороны (F8U-3) так, чтобы обеспечивалось их положение, близкое к вертикальному в сверхзвуковом полете и близкое к горизонтальному после выпускания закрылков.

Рис. 1.34. «Фантом» II F-4.

Другой способ увеличения путевой устойчивости состоит в использовании управляемого стабилизатора с отрицательным поперечным V. В этом случае стабилизатор выполняет двоякую роль: собственно горизонтального оперения, обеспечивающего необходимую продольную устойчивость и управляемость, и аэродинамических направляющих, увеличивающих путевую устойчивость. Оперение такого типа применено, к примеру, на самолете «Тридан» II (угол поперечного V – 20°), а также на «Фантоме» II F-4 (-23°). Подобную же роль выполняют подвижные (опускаемые) либо отогнутые книзу концы крыла. В самолете ХВ-70 использован первый способ, а в TSR.2-второй.

Значительное повышение эффективности вертикального оперения, а значит, и путевой устойчивости самолета (особенно при околозвуковых скоростях) достигается в случае использования Т-образного хвостового оперения, т. е. горизонтального оперения на верхнем конце киля. Такая компоновка вследствие недостаточной жесткости склонна к бафтингу, тем не менее она применяется в самолетах F-104, Т. 188 и SR-53 ввиду эффективности как вертикального, так и горизонтального оперения.

Из вышесказанного следует, что при переходе на сверхзвуковые скорости полета значительно снизилась эффективность управляющих поверхностей. Это особенно сказалось на поперечной и путевой управляемости в связи с дополнительным неблагоприятным влиянием деформации крыла и вертикального оперения. Ввиду этого, помимо более жесткой конструкции, необходимы дополнительные средства, повышающие эффективность управляющих поверхностей. Так, в некоторых самолетах используются турбулизаторы на руле направления (Х-2, F-102A, F-100), дефлекторы (F-102A, В-58, F-5A) либо закругленная задняя кромка крыла (главным образом в самолетах без горизонтального оперения-F-106A, «Дракен» и CF-105). Выше упоминалось, что снижение эффективности руля высоты и увеличение статической продольной устойчивости при сверхзвуковых скоростях потребовали перехода на продольное управление с помощью управляемого стабилизатора. В управлении курсом самолета вертикальное оперение такого типа используется редко и встречается как в однокилевом («Тридан» II, YF-107A, А-5 и TSR.2), так и в двухкилевом (SR-71A и ХВ-70 А) варианте.

Система активного управления

Проблемы, описанные в предыдущем разделе, касались системы управления, которую с сегодняшних позиций можно назвать пассивной. Поскольку других систем управления на предыдущем этапе развития авиации не было, то не было и нужды в определении такого подхода как пассивного метода управления.

При использовании систем пассивного управления пилот (или автопилот в соответствии с заданной программой) воздействует на управляющие поверхности, которые в обычном положении не выступают за контур неподвижных элементов планера. Составной частью такой системы является механизм управления, связывающий исполнительные плоскости с соответствующими рычагами в кабине экипажа при помощи тросов (гибкая проводка управления), тонкостенных труб, изготовленных обычно из алюминиевых сплавов (жесткая проводка), либо тросов и труб (смешанная проводка).

Рис. 1.35. Элементы системы активного управления самолета F-16.

I – вычислитель полетных параметров; 2-командная ручка управления самолетом, размещенная на подлокотнике кресла пилота; 3 – акселерометры; 4 -зависающий элерон; 5-гидропривод зависающего элерона; 6-руль направления; 7-гидропривод руля направления; 8 – управляемый дифференциальный стабилизатор; 9-гироскопы в каналах крена, рыскания и тангажа; 10 -электрическая подсистема управления; II -центральная ЭВМ.

В начале 70-х годов механизм управления был заменен системой электропередачи сигналов от соответствующих ручек к быстродействующим исполнительным устройствам (ими служат гидроприводы), отклоняющим управляющие поверхности. Работу системы обеспечивает цифровое вычислительное устройство, получающее информацию от датчиков угловой скорости, ускорения, угла атаки и т.п. и при необходимости корректирующее решения пилота, сигналами которых служат отклонения командных рычагов управления.

Электродистанционная система управления позволила реализовать активное управление, основанное на автоматическом отклонении рулей в ответ на возникающие отклонения параметров полета от заданных. Эта система работает независимо от пилота, допуская тем не менее возможность его вмешательства в процесс управления. Обычно электродистанционная система выполняет ту же роль, что и механическая, и может применяться самостоятельно как основная или аварийная либо параллельно с механической системой, которой отводится роль аварийной.

Самолет с системой активного управления выполняется как статически неустойчивая система, особенно по продольной оси, т.е. используется оперение меньшей площади. Неустойчивость компенсируется динамически посредством непрерывного автоматического воздействия системы на управляющие поверхности, т.е. путем их отклонения, приводящего к уравновешиванию действующих на самолет моментов. При таком управлении обеспечиваются:

– высокая маневренность, связанная, во- первых, с уменьшением запаздывания отклонения управляющей поверхности в ответ на сигнал системы управления и, во-вторых, с использованием предкрылков и закрылков в качестве управляющих поверхностей ;

– более быстрая реакция самолета на воздействие порывов ветра и уменьшение нагрузок, действующих на конструкцию (что повышает усталостную выносливость планера);

– демпфирование самовозбуждающихся колебаний;

– разгрузка пилота от реагирования на изменение балансировки самолета, особенно от изнурительного постоянного реагирования на изменение параметров траектории полета на малой высоте в условиях турбулентной атмосферы.

Обычно это приводит к улучшению характеристик самолета и живучести планера, а также комфортабельности полета. В боевом самолете это повышает эффективность вооружения, позволяет экипажу сконцентрировать свое внимание на выполнении задания, сохраняет на более длительный период времени его оперативную готовность и т.п. Включение в систему активного управления носовых щитков или закрылков позволяет управлять распределением нагрузки вдоль размаха крыла. Например, при одновременном отклонении элеронов кверху нагружаются концы крыла, а при отклонении закрылков книзу происходит дополнительное нагружение его корневых частей. При этом, сохраняя постоянной подъемную силу, крыло будет воспринимать меньший изгибающий момент при полете самолета в турбулентной атмосфере или во время выполнения маневров.

Рис. 1.36. Самолет F-4CCV с дополнительным передним оперением.

Дальнейшим шагом в направлении улучшения характеристик самолета является увеличение числа управляемых степеней свободы самолета. В современных самолетах используются системы управления четырьмя степенями свободы: тяга (сопротивление), крен, тангаж и рыскание.

Разрабатываемая в настоящее время концепция предусматривает в дополнение к этому управление подъемной силой для вертикального и горизонтального перемещения самолета относительно траектории полета без изменения его углового положения. Для реализации управления по этим двум степеням свободы предполагается использовать шарнирно-закре- пленные консоли крыла (с изменяемым в полете углом установки), поворот которых в соответствии с отклонением руля высоты создаст дополнительную вертикальную силу, приложенную к центру тяжести самолета. Предполагается также установка дополнительного вертикального оперения в носовой части фюзеляжа; поворот этого оперения, согласованный с поворотом руля направления, создаст дополнительную горизонтальную силу. Таким образом, управление самолетом по шести степеням свободы потребует применения только 6-7 подвижных плоскостей (2 консоли крыла, 2 плоскости горизонтального оперения и 2 или 3 плоскости вертикального оперения) в сравнении с 9-15 подвижными элементами, используемыми в современных сверхзвуковых самолетах (рули, элероны, носовые щитки, предкрылки и закрылки, тормозные щитки, интерцепторы). Такой результат можно получить и для самолета классической схемы, однако необходимо дополнительно установить на нем одну вертикальную и две горизонтальные плоскости либо только две плоскости по схеме V-образного оперения, которые надо разместить в носовой части фюзеляжа.

Для новой схемы характерны все свойства активного управления, а также дополнительные качества, вытекающие из увеличения числа степеней свободы.

С точки зрения боевого применения самолета такая система, кроме прочего, обеспечивает:

– наведение самолета в плоскости крыла при атаке на наземные цели, что увеличивает точность сброса неуправляемых бомб (эта точность зависит от момента крена, воздействующего на самолет);

– ориентацию фюзеляжа со стационарным вооружением по линии прицеливания независимо от траектории полета в атаках на наземные цели с малой высоты, что увеличивает время атаки одной цели либо число атакуемых целей;

– управление положением фюзеляжа в воздушном бою, а также большую маневренность, что сокращает время прицеливания и предохраняет самолет от возможного столкновения с атакуемой целью;

– бомбардировку при почти вертикальном пикировании благодаря эффективному управлению сопротивлением за счет поворота всего крыла, что увеличивает точность бомбометания и уменьшает вероятность уничтожения самолета наземными средствами противовоздушной обороны;

– более высокие ускорения при сохранении неизменными характеристик двигательной установки посредством управления сопротивлением самолета, что может обеспечить наивыгоднейшие условия перед началом воздушного боя;

– лучшие условия выруливания, взлета и посадки благодаря использованию боковых сил, горизонтальному положению фюзеляжа (лучшей обзорности, большему удалению вооружения от земли), а также благодаря управлению сопротивлением во время разбега и пробега.

Рис. 1.37. Управление самолетом F-4CCV с использованием боковых сил для изменения положения фюзеляжа без изменения траектории полета (а), для изменения траектории полета без изменения положения фюзеляжа (б) и для обоих изменений одновременно (в).

Из вышесказанного следует, что применение автоматического активного управления может дать многообразные преимущества. Поэтому после решения проблем волнового кризиса и обеспечения самолету классической схемы надлежащей управляемости во всем диапазоне эксплуатационных скоростей были начаты работы по внедрению электродистанционных систем управления. В первую очередь были заменены электрическими некоторые механические тяги (например, управление носовыми щитками в самолете F-104, интерцепторами в «Мираже» F.8, а также внутренними секциями элевонов в «Мираже» III), а затем введены устройства стабилизации и демпфирования в поперечном управлении, искусственно повышающие устойчивость. Проведенные исследования показали, что даже ограниченное применение активного управления приносит значительные преимущества. Например, введение в стратегическом околозвуковом бомбардировщике «Боинг» В-52 противотурбу- лентной системы, приводящей в действие руль высоты и закрылки, повысило усталостный ресурс планера на 35-50% без дорогостоящего усовершенствования самой конструкции. Подобную же задачу выполняют две дополнительные небольшие несущие плоскости, установленные в передней части фюзеляжа самолета В-1, которые включены в электрическую систему активного гашения изгибных колебаний, возникающих при полете в турбулентной атмосфере.

Введение первых систем активного управления относится к началу 70-х годов. Первым шагом в этом направлении была модернизация самолетов классической схемы, в которых механические устройства управления были заменены электродистанционной системой (например, у самолетов F4 и F-8). Следующим шагом было применение дополнительного переднего оперения (горизонтального и вертикального) для создания вертикальных и боковых сил, позволяющих самолету выполнять «скачки» вверх-вниз либо в стороны. Характеристика первого типа реализована в самолете F-4CCV, на котором установлено дополнительное горизонтальное оперение, составляющее 7,5% поверхности основного крыла, а также небольшой дополнительный киль. Подобным образом модернизирован и самолет классической схемы YF-16CCY, в котором использованы только две дополнительные плоскости, работающие как V-образное оперение, выполняющее роль вертикального и горизонтального оперения.

Практическим результатом первого этапа работ над активным управлением было то, что автоматическая электродистанционная система управления предусматривалась в качестве основной уже при проектировании самолетов «Торнадо» (с механической аварийной системой), самолет F-16 проектировался с исключительно электрической цифровой системой без типичной рукоятки управления, а затем аналогичные системы управления были применены в самолетах «Мираж» 2000, F-18 и «Сюпер- Мираж» 4000.

Активное управление охватывает множество различных технических вопросов, часть из которых еще требует дополнительных исследований. Однако уже можно утверждать, что использование активного управления дает наибольший эффект в боевых пилотируемых и беспилотных самолетах.

5. Эволюция конструкции планера

Совершенно очевидно, что каждый новый самолет должен в целом превосходить своих предшественников, т.е. должен отвечать более высоким требованиям. Опыт показывает, что одним из способов удовлетворения все возрастающих требований, предъявляемых к вновь проектируемым самолетам, является снижение массы планера. Это выполняется на основании таких конструктивных и силовых схем, которые обеспечивают требуемую прочность и жесткость при минимальной собственной массе с использованием более легких и прочных материалов (в обоснованных случаях-жаропрочных), а также посредством улучшения технологии самолетостроения. Анализ характеристик самолета показывает, что улучшения некоторых из них можно достичь лишь ценой ухудшения других. В конкретных случаях отдают приоритет характеристикам, более важным для данного типа самолета, что позволяет согласовать противоречивые требования.

Однако при проектировании любого самолета нельзя избежать противоречия, вытекающего из необходимости обеспечить, с одной стороны, как можно меньшие аэродинамическое сопротивление и массу конструкции, а с другой-требуемые прочность и жесткость. Увеличение прочности и жесткости, например, путем увеличения габаритов приводит к возрастанию сопротивления, а путем усиления конструкции-к возрастанию массы. Уменьшение сопротивления, достигнутое благодаря уменьшению толщины крыла либо увеличению его стреловидности, приводит к росту механических нагрузок, а значит, требует увеличения массы конструкции и т.д.

В процессе разработки и изготовления планера всегда в первую очередь выполняются требования аэродинамики, а затем требования прочности, технологичности конструкции, удобства обслуживания и т. п.

В этих условиях оптимальное определение размеров конструкции заключается в компромиссном согласовании возможностей уменьшения массы конструкции (благодаря применению лучших технических решений и материалов) и необходимости увеличения массы (для выполнения тех или иных повышенных требований).

Планер, как и любые другие конструкции, может выполнять свою роль, если он обладает наряду с прочим соответствующей прочностью и жесткостью. Это означает, что отдельные элементы и узлы планера должны выдерживать нагрузки, возникающие при эксплуатации (критерий прочности), а их деформации (изгибы, углы скручивания, коробление обшивки) не должны превышать допустимых значений (критерий жесткости). Под воздействием эксплуатационных нагрузок не должны появляться остаточные деформации, увеличивающиеся с течением времени (ползучесть), поскольку это может вызвать изменение формы самолета, исключающее возможность его дальнейшей эксплуатации.

Требования к прочности планера зависят от нагрузок, действующих на самолет и его отдельные узлы во всем периоде эксплуатации. Одну и ту же прочность какого-либо узла планера, например крыла, можно обеспечить, используя различные конструктивные решения, материалы, технологии производства. От этих факторов зависит масса планера и, следовательно, всего самолета. Известно, что конструкции требуемой прочности и одинакового назначения могут существенно различаться между собой по массе. Масса же их зависит от оптимальности принятой конструктивно-прочностной схемы, от соответствующего выбора материала и форм поперечного сечения отдельных элементов, а также их взаимного положения, от используемых соединений, технологии исполнения, числа необходимых вырезов и множества других

конструктивно-технологических факторов. Прогресс в области материаловедения привел к созданию и применению новых материалов, а также новой технологии изготовления и соединения частей планера, что позволило не только существенно уменьшить собственную массу самолета, но и увеличить ресурс работы планера.

Новые требования к планеру возникли при достижении и превышении самолетом скорости звука (они связаны с аэродинамическими и тепловыми нагрузками, сопутствующими сверхзвуковым скоростям); эти требования привели к разработке многослойных и моноблочных конструкций и технологическому освоению таких новых конструкционных материалов, как сплавы титана и бериллия, а также так называемые композиционные материалы (композиты).

Авиационные конструкции-это тонкостенные (оболочечные) конструкции, обшивки которых относительно тонки, в связи с чем требуется увеличение их жесткости при помощи дополнительных продольных и поперечных элементов. Классическую конструкцию, повсеместно используемую в дозвуковой авиации, характеризует огромное количество (исчисляемое тысячами) деталей различных габаритов и форм, соединяемых с помощью винтов, болтов и заклепок (которых насчитываются сотни тысяч или миллионы). Изготовление такой конструкции требует больших затрат труда и времени и одновременно связано со снижением прочности из-за большого количества соединений и отверстий. Применение клееных конструкций лишь частично разрешило проблему соединений, поскольку по мере развития сверхзвуковой авиации требования выросли настолько, что многослойные конструкции стали вытесняться моноблочными.

Первые опыты использования клея как материала, соединяющего металлические части авиационных конструкций, были проведены еще перед второй мировой войной. Однако только военные и особенно послевоенные годы стали периодом быстрого прогресса и важных достижений в этой области. Одним из факторов, побуждавших к развитию этих работ, были недостатки казеиновых клеев, широко использовавшихся в деревянных конструкциях. Чувствительность авиационных конструкций на этих клеях к атмосферным воздействиям особенно дала о себе знать во время суровой зимы 1939/40 г. Это дало толчок работам над синтетическими клеями, что привело к разработке новых составов с высокими адгезионными свойствами.

Интенсивное развитие исследований синтетических клеев для деревянных конструкций сопровождалось попытками использования их для соединения металлических деталей. В послевоенный период (особенно в 50-е годы) потребности авиации в области разнородных конструкционных материалов высокого качества и их соединения возросли. Это привело к постепенному отказу от старых способов соединения при помощи заклепок и винтов и к промышленному освоению склеивания высокона- груженных элементов конструкции планера самолета.

Соединения металлических деталей авиационных конструкций с помощью винтов или заклепок оказываются ослабленными из-за большого количества отверстий, а непрерывность нагружения при этом нарушается. Клепаным соединениям сопутствуют деформации поверхности обшивки вблизи головок заклепок, а также волнистость как следствие принципа точечного соединения. На краях отверстий при этом возникает существенная концентрация напряжений. В результате теплового и механического воздействия в процессе клепки материал на кромках отверстий становится хрупким и приобретает склонность к старению. Концентрация напряжений и охруп- чивание материала увеличивают опасность усталостного разрушения. Применение сварки вместо клепки приводит ввиду необходимости высокой температуры к появлению местных напряжений и деформаций, к структурным изменениям материала вблизи сварного шва и опасности усталостного разрушения. Эти неблагоприятные явления можно в значительной степени устранить, применяя склеивание металлических элементов конструкции.

Склеивание как метод соединения металлических деталей имеет конструктивные, технологические и эксплуатационные достоинства, а именно:

– применение склеивания часто устраняет серьезные конструктивные трудности и позволяет соединять различные сплавы, не опасаясь коррозии;

Рис. 1.38. «Супер-Сейбр» F-100.

1 -антенна радиолокационного дальномера; 2-электронное оборудование; 3-отбор охлаждающего воздуха из воздухозаборника; 4-перепускная створка воздухозаборника; 5-воздушный канал; 6-ниша выхода ствола пушки; 7 – узел крепления пушки; 8 – пушка; 9-снарядный ящик; 10-прицел; И – внешние замки открывания фонаря кабины экипажа; /2-баллон кислорода; 13-клапан давления в кабине; 14-антенна радиокомпаса; 15-створка отвода воздуха; 16- крышка отсека агрегатов гидравлической системы; 17-горловина для заправки топлива; 18-штепсельные разъемы заземления на время заправки топливной системы; 19-топливный бак; 20-двигатель; 27-предохранительный воздушный клапан компрессора двигателя; 22-плоскость разъема фюзеляжа; 23-люки накидных болтов для соединения частей фюзеляжа; 24-форсунки форсажной камеры; 25-регулируемое многостворчатое сопло; 26-приводы регулирования сопла; 27-задний узел крепления двигателя; 28-контейнер тормозного парашюта; 29- узел крепления парашюта; 30-дренаж топливных баков; 31 -гидроусилитель руля направления; 32-ги- дроусилитель элеронов; 33-тяга системы управления элеронами; 34-элерон; 35-управляемый дифференциальный стабилизатор; 36 -тормозной щиток; 37-передняя стойка шасси с управляемыми колесами; 38-главные стойки шасси; 39-люки шасси; 40-подвесной топливный бак емкостью 1040 л; 41 -габаритные огни; 42-предкрылки; 43-обшивка крыла; 44-узлы навески предкрылков; 45-убираемая хвостовая пята; 46-приемник воздушного давления; 47-канал тяг дистанционной системы управления; 48 -люк узлов демонтажа двигателя.

Рис. 1.39. «Хастлер» В-58.

– клеевое соединение превосходит всякое другое с точки зрения гладкости и чистоты поверхности, не ослабляет сечение и не приводит к возникновению концентрации напряжений в стыке;

– в сравнении со сварными либо с твер- допаяными соединениями при склеивании не возникает структурных изменений и сварочных напряжений, так как температура затвердевания клея не превышает 140-260°С в зависимости от сорта клея и времени отверждения;

– правильно выполненное клеевое соединение обеспечивает равномерное распределение напряжений в стыке и позволяет получить прочность соединения, равную прочности соединяемых элементов;

– клеевые соединения обеспечивают снижение массы почти на 25% в сравнении с клепаными соединениями ввиду отсутствия головок заклепок и уменьшения сечений (ввиду отсутствия ослабления отверстиями) соединяемых элементов;

– существенное снижение стоимости изготовления при склеивании ввиду простоты технологии и возможности широкого применения механизации и автоматизации процесса изготовления клееных конструкций, а также использования персонала более низкой квалификации;

– отсутствие коррозии во время эксплуатации клееных конструкций в отличие от клепаных, в которых всегда существует опасность проникновения влаги в имеющиеся или образовавшиеся зазоры между заклепками и листами обшивки.

Клеи на основе смол обеспечивают хорошую электроизоляцию, благодаря чему исключается опасность контактной коррозии при соединении металлов с разными электрическими потенциалами.

Однако клеевые металлические соединения имеют и недостатки:

– использование метода склеивания требует приспособления конструктивных решений к технологическим процессам склеивания и применения соответствующих материалов с учетом температуры этих процессов и возможности надлежащей подготовки поверхности;

– прочностные свойства клеев невысоки в сравнении с прочностью металлов и классических средств соединения; особенно низка прочность клея на отрыв, что влияет на выбор основного типа клеевого соединения: исключаются соединения встык и применяются фактически только соединения внахлестку.

Наиболее широкое применение клеевые соединения нашли главным образом в нагруженных тонкостенных элементах, требующих дополнительного ужестче- ния. В обшивке крыла такими местными элементами жесткости служат нервюры и лонжероны, а в обшивке фюзеляжа- шпангоуты, лонжероны и стрингеры. Склеивание повышает жесткость конструкции и в ряде случаев позволяет обойтись без конструктивных элементов жесткости. Так были созданы многослойные конструкции, состоящие из нескольких (чаще всего из трех) слоев материалов с различными свойствами. Внешний слой (обшивка) является основным рабочим элементом и изготовляется из высокопрочных материалов, внутренний слой (наполнитель) играет роль жесткостного элемента и изготовляется обычно в виде ячеистой конструкции. Наполнитель приклеен либо припаян к обшивке в зависимости от уровня температур конструкции во время полета, а также от термостойкости клея.

Как уже указывалось, характерной чертой многослойных конструкций является их значительно более высокая жесткость в сравнении с обычной обшивкой. Это позволяет выполнять обшивку самолета без продольных элементов жесткости даже при увеличении расстояния между нервюрами (шпангоутами). Высокая устойчивость таких конструкций позволяет применять наружный слой малой толщины, что приводит к уменьшению массы планера. Например, в сверхзвуковых самолетах, построенных с применением клепаных соединений, толщина обшивки крыла достигает 8-3 мм, в то время как толщина наружного слоя соответствующей клееной конструкции составляет ~ 1 мм.

В первых сверхзвуковых самолетах методом склеивания выполнялись передние кромки крыла, элероны, рули, закрылки, тормозные щитки, крышки ниш шасси и т.п. Первым же сверхзвуковым самолетом с широким применением клееных конструкций, о котором сообщалось в печати, был В-58. Поскольку клеевые соединения в этом самолете должны были выдерживать большие нагрузки и работать в тяжелых температурных условиях полета со сверхзвуковыми скоростями, то уже на стадии проектирования было исследовано (для выбора оптимальной конструкции планера) свыше двух десятков конструкций обшивок различных типов. Эти исследования показали, что клееная многослойная обшивка с ячеистым (сотовым) наполнителем имеет наилучшие характеристики. Она обеспечивает аэродинамически гладкую поверхность при больших напряжениях и повышенных температурах, позволяет упростить и удешевить конструкцию, улучшить герметичность топливных баков-отсеков и их теплоизоляцию. Кроме того, применение клееных элементов повышает устойчивость конструкции по отношению к вибрациям высокой частоты, вызываемым работой турбореактивных двигателей, а также усталостную выносливость.

Склеивание выгодно также и с технологических позиций, так как уменьшает число сборочных операций и позволяет стандартизировать способы производства большинства блоков (сборочных единиц) планера. В планере самолета В-58 использованы различные конструкционные материалы. Около 15% поверхностей выполнено из нержавеющего листа методом пайки (в основном обшивка хвостовых частей гондол двигателей и пилонов, а также нижних частей крыла, подвергаемых воздействию выхлопных газов двигателей). Остальная часть обшивки изготовлена из дюралевых листов (склеивание) толщиной 0,25-1,00 мм с заполнителем из алюминиевой фольги или из стеклоткани, пропитанной смолой. Благодаря использованию слоистой конструкции взлетная масса планера самолета В-58 снижена почти до 16% в сравнении с 25% для самолетов, изготавливавшихся традиционными методами. Одной из важнейших проблем, решенных при разработке планера этого самолета, была защита находящегося в крыльевых баках топлива от изменений температуры обшивки под воздействием солнечного и аэродинамического нагрева; эти изменения были особенно опасны в связи с неблагоприятным отношением площади поверхности конструкции к объему топлива. Оказалось, что применение слоистой конструкции выгодно и с этой точки зрения.

Однако клееные конструкции затруднительно применять в самолетах, скорость которых превышает М ~ 2, из-за существенного снижения прочности таких конструкций с ростом температуры.

Ввиду этого для создания самолета, например, ХВ-70 с крейсерской скоростью М = 3 оказалось необходимым применение новых материалов и технологии, а также соответствующего оборудования, поскольку в полете с такой скоростью планер подвергается воздействию высоких температур, неприемлемых для освоенных клеевых конструкций. Исследования показали, что воздухозаборник и передняя кромка крыла самолета нагреваются до 315-340°С, а остальные поверхности-до 200-230°С. Так как самолет предназначался для длительных полетов, то потребовалось применение материалов с высокими механическими характеристиками в этом диапазоне температур, а также устройств охлаждения и теплоизоляции отсеков оборудования, топливных баков и т.п.

70% массы планера самолета ХВ-70 составляют детали из нержавеющей стали, 17%-из конструкционной стали и 9,5%-из титана и сплавов никеля. По опубликованным данным, для постройки одного планера требуется 5420 кг титана; это значит, что масса планера самолета ХВ-70 достигала почти 57 т и составляла свыше 23% максимальной взлетной массы. Из нержавеющей стали в самолете ХВ-70 изготавливаются слоистые конструкции, из титана-элементы, подвергающиеся воздействию высоких температур (дестабилиза- тор, обшивка носовой части фюзеляжа и его хвостовой части в области двигательного отсека); титан пошел также на некоторые элементы других узлов планера. Слоистые конструкции (толщиной ~ 25 мм) выполнены из стальной фольги толщиной 0,15 мм (увеличение толщины фольги всего на 0,025 мм приводит к возрастанию массы планера почти на 1000 кг), которая соединяется с сотовым наполнителем путем пайки в атмосфере аргона. В качестве припоя использован сплав серебра с добавкой 7,3% меди и 0,2% лития.

Рис. 1.40. Конструкция и расположение клееных элементов планера самолета «Валькирия» ХВ-70А.

Непрерывное возрастание требований к самолетам привело к тому, что уже в 60-х годах начали применяться, особенно при изготовлении крыла, моноблочные конструкции с монолитными панелями, при этом слоистые конструкции использовались при изготовлении управляющих поверхностей, крышек ниш и отсеков, стенок воздушных каналов двигателей, а иногда и обшивки фюзеляжа. Монолитные панели, часто довольно сложной формы, изготавливаются из одного куска материала. Такой подход позволяет выполнить важнейшую часть планера – обошивку крыла – как одно целое с элементами жесткости, без деталей крепления. При этом нередко оказывается возможным в зависимости от габаритов самолета изготовить крыло только из двух частей (нижней и верхней), дополнив их отдельными конструкциями носка и подвижных элементов. Кроме того, такая конструкция дает возможность выполнить обшивку с переменной толщиной как вдоль размаха, так и вдоль хорды. Возможность выбора формы продольных и поперечных сечений крыла в соответствии с распределением нагрузок позволяет оптимально использовать материал с точки зрения прочности.

Следовательно, крыло такой конструкции имеет ряд достоинств в сравнении, например, с клепаным. К основным из этих достоинств можно отнести: уменьшение массы вследствие уменьшения числа деталей и соединений, повышение прочности, высокое качество наружной поверхности, упрощение технологии сборки и сокращение подготовительных работ, увеличение производственных возможностей самолетостроительного предприятия и т.п.

В зависимости от принятой технологии монолитные панели изготавливаются путем штамповки, фрезерования, ковки либо прессования, причем это может быть конструкция как с постоянным, так и переменным сечением в любом направлении.

В настоящее время широкое распространение в самолетостроении нашел метод фрезерования. Поскольку изготовление жестких крупногабаритных деталей методом фрезерования часто требует применения уникального оборудования, то, кроме механического фрезерования, используется также и метод химического фрезерования (травления). Этот метод изготовления деталей основан на том, что определенная часть металла удаляется с намеченных участков поверхности заготовок погружением их в ванны с растворами, обладающими сильными коррозионными свойствами. Производительность химического фрезерования такая же, а иногда даже и выше, чем механического, а стоимость значительно ниже. Этот метод имеет еще и то дополнительное преимущество, что он позволяет получить такие конфигурации, которые недостижимы при других методах обработки.

В производственной практике используются травильные среды двух типов: кислотные и щелочные. Кислотные ванны вызывают межкристаллитную коррозию. Этот процесс очень производителен и находит применение прежде всего при обработке стальных материалов. Однако таким способом не удается изготовить детали с высокой размерной точностью ввиду трудности контроля скорости процесса травления. Кроме того, компоненты кислотных растворов относительно дороги. Щелочные растворы значительно дешевле, процесс травления в них также производителен (если он проводится при температуре 80-90°С), а скорость травления можно просто и довольно точно контролировать. С учетом меньших затрат на материалы чаще всего применяются растворы едкого натра.

Таким образом, технический прогресс в самолетостроении в 1950-1960-х гг. привел к освоению новых технологических методов изготовления и соединения частей планера, что не только значительно снизило собственную массу самолета, но и позволило повысить прочность планера, особенно усталостную. Предполагается, что уже в ближайшее время будет достигнут дальнейший прогресс в этой области, в частности, благодаря лучшему исследованию воздействий окружающей среды, совершенствованию расчетных методов, широкому применению средств повышения надежности и моноблочных конструкций и т.п., а также в связи с упомянутыми выше работами в области активного управления и увеличения числа управляемых степеней свободы самолета.

Более точное определение воздействий окружающей среды оказывает непосредственное влияние на определение параметров конструкции в том смысле, что уменьшает «степень незнания», которая вынужденно учитывается в расчетах в виде коэффициентов запаса. Это относится не только к новым исследованиям, но и к накоплению статистических данных, касающихся, в частности, знакопеременных нагрузок.

Благодаря прогрессу вычислительной техники стало возможным применение новых методов расчета (например, метод конечных элементов), учитывающих такие специфические характеристики материалов, как пластичность, анизотропия и т.д. Увеличение степени детализации расчетов оказалось важным средством, позволившим существенно продвинуться по пути оптимизации конструкции.

Концепция безопасных повреждений нашла применение в самолетостроении из-за заботы скорее о безопасности, чем об улучшении летных характеристик, однако уже сейчас она оказывает существенное влияние также и на массу самолета, а особенно на прочностную надежность планера. Эта концепция предусматривает расчет каждой силовой детали планера, исходя из предпосылки, что в детали могут существовать дефекты, возникшие во время ее изготовления и имеющие величину, равную пороговым значениям чувствительности обычно применяемых методов контроля. Следовательно, каждая деталь в условиях нормальной эксплуатации должна выдерживать переменные нагрузки без катастрофического роста дефектов и снижения прочности. До недавнего времени реализация этой концепции сводилась к местным усилениям конструкции. Предполагается, что дальнейший прогресс в этой области связан с более точным определением усталостного роста дефектов и учетом его в прочностных расчетах. Таким образом, оптимизация конструкции должна производиться с учетом коэффициента хрупкости материала так же, как это делалось ранее в отношении статической прочности, а теперь усталостной. Таким путем может быть повышена надежность конструкции планера и упрощена технология изготовления самолета.

Рис. 1.41. Модульная конструкция планера самолета YF-16.

Надежды на определенный прогресс в самолетостроении связываются с применением модульной конструкции планера. Такой подход позволяет в процессе производства проводить модернизацию выпускаемой модели путем замены целых узлов другими, более совершенными.

Среди авиационных материалов и в дальнейшем важное место будут занимать сплавы алюминия. Проводятся дальнейшие технологические исследования алюминиевых и других известных сплавов и материалов; большое внимание уделяется разработке новых сплавов и армированных волокнами композитов.

Важное место среди материалов для сверхзвуковых самолетов занимают сплавы титана. Титан отличается превосходными физическими и механическими свойствами: его прочность на растяжение в 3 раза больше, чем у алюминия, и равняется прочности железа, а плотность больше, чем у алюминия, только в 1,7 раза и в несколько раз меньше плотности железа. После введения соответствующих легирующих добавок и пластической обработки (обжатием) прочность титана возрастает до уровня прочности высоколегированной стали и сохраняется до температуры ~ 600°С. Титан имеет также хорошие технологические качества: его можно вальцевать, ковать, подвергать холодной гибке, сваривать и т.п.; он также стоек к воздействию морской воды. Благодаря таким качествам титан стал незаменимым конструкционным материалом в сверхзвуковой авиации, причем его доля в общей массе конструкции самолета непрерывно возрастает.

В 60-х годах предпринимались опыты использования в конструкции планера и других металлов. Один из них- бериллий, который отличается малой плотностью (меньшей, чем у алюминиевых сплавов), большим модулем продольной упругости (почти на 50% больше, чем у стали), а также относительно высокой прочностью при повышенных температурах.

Применение бериллия дает существенную экономию массы конструкции. Так, изготовление некоторых узлов самолета F-4C с использованием бериллия позволило уменьшить массу соответствующих узлов на 25-58,6%. Применение бериллия в авиации ограничено пока его высокой стоимостью.

Важнейшей проблемой авиационного материаловедения на рубеже 1960-1970-х гг. была разработка так называемых композитов, т.е. комбинаций матрицы и армирующего материала. Композиты, особенно с волокнами бора или углерода в качестве армирующего материала, отличаются большой удельной прочностью, которая дает реальные возможности уменьшения массы планера на величину до 20%. Однако довольно высокая стоимость композитов, недостаточная изученность их свойств и в некоторой степени психологический консерватизм конструкторов пока препятствуют широкому применению этих материалов в самолетостроении.

Еще несколько лет тому назад представлялось, что внедрение композитов ограничивается линейными свойствами волокон, т.е. анизотропными свойствами материала, а также почти полным отсутствием его пластичности. С учетом линейных свойств волокон необходима разработка композитов с надлежащей ориентацией волокон для каждого конкретного применения, а также точных методов расчета конструкций из таких материалов. Отсутствие же пластичности у композитов объективно нельзя считать недостатком, поскольку ее сравнивают с пластичностью металла, которая расценивается как положительное качество. Благодаря пластичности в конструкции происходит перераспределение напряжений в направлении их выравнивания, и зачастую пластичность сглаживает или исключает последствия ошибок, допущенных в процессе конструирования или производства. В настоящее же время существует мнение, опирающееся на результаты применения композитов в элементах конструкции некоторых новейших самолетов, что линейные свойства волокна в композите при условии тщательного проектирования и производства могут стать ценным достоинством.

Определенная ориентация волокон в различных слоях композита вызывает определенное поведение конструкции под нагрузкой. Например, в крыле появляются деформации кручения, которые во время полета дополнительно увеличивают эффективность управления. Это позволяет уменьшить требуемые размеры управляющих поверхностей и тем самым массу и полетное сопротивление самолета.

6. Взаимодействие планера самолета с двигательной установкой

Из данных, представленных в гл. 3, следует, что эволюция конструктивных форм и общая конструктивная идея самолета зависят от физических явлений, определяемых скоростями полета, и от возможных мер смягчения отрицательных последствий этих явлений. Важную роль в самолете играет двигательная установка, которая не только обеспечивает требуемую скорость полета, но и (с учетом ее габаритов, массы и характера внутренних процессов) значительно влияет также на форму самолета в целом. В отдельных случаях это влияние имеет даже решающее значение. Следовательно, уже на этапе проектирования самолета необходимо провести анализ взаимного влияния частей планера и двигательной установки с точки зрения возможности реализации требуемых летно- технических характеристик. Уровень же достигнутых характеристик свидетельствует о совершенстве самолета в целом и, в частности, об эффективности примененной двигательной установки.

Различия двигательных установок по типу и числу двигателей, их компоновке и габаритам привели к большому разнообразию форм планера сверхзвукового самолета и его частей. Тем не менее, несмотря на разнообразие очертаний самолетов, обусловленное различием задач и требуемых характеристик, располагаемой двигательной установкой и доступными материалами, самолеты каждого конструкторского бюро отличаются определенным «почерком» их создателей.

Двигательной (силовой) установкой называется совокупность устройств и коммуникаций, обеспечивающих самолету необходимую тягу во всем диапазоне его эксплуатационных условий. Основными элементами реактивной двигательной установки являются: двигатели и узлы их крепления, воздухозаборники и устройства выхода отработанных газов, гондолы и кожухи, системы обеспечения топливом и смазкой, системы охлаждения, противопожарной защиты и управления работой двигателя, а также средства контроля за работой систем.

Общий к. п. д. двигательной установки зависит в основном от эффективности работы двигателя, на которую влияет степень совершенства воздушного и выхлопного трактов. В сверхзвуковых самолетах это особенно относится к воздушному каналу, характеристики которого зависят от принципа работы и конструкции его входной части, называемой воздухозаборником. Выбор параметров двигателя для определенного самолета производится на основании энергетических требований, выполнение которых является одним из основных условий обеспечения заданных летно-тех- нических характеристик самолета.

На первом этапе развития сверхзвуковых самолетов существовала в определенных пределах свобода выбора двигателя, в том числе его типа. Однако надежды на использование ракетных и прямоточных двигателей в качестве основы двигательных установок для самолетов широкого применения не оправдались, что ограничило в настоящее время эту свободу лишь до возможности выбора числа и местоположения двигателей, а также принципа действия и конструкции воздухозаборника.

Из представленного во второй части книги обзора 88 типов сверхзвуковых самолетов следует, что 43 из них-одно- двигательные, 3 8 – двух двигательные, 1 – трехдвигательный, 6 – четырехдвига- тельные и 1-шестидвигательный (разница в числе типов самолетов получается в результате учета одно- и двухдвигательного вариантов самолета Х-15). Следовательно, преобладают одно- и двухдвигательные схемы. Значительно большее разнообразие наблюдается среди типов используемых двигателей. На однодвигательных самолетах в 3 случаях применены ракетные двигатели, в 33-турбореактивные (в том числе Е-50, «Дюрандаль» и «Мираж» III оснащены вспомогательными ракетными двигателями), а в 7-двухконтурные турбореактивные (турбовентиляторные).

На двухдвигательных самолетах в 1 случае установлен ракетной двигатель, в 2-комбинированная система, состоящая из турбореактивного и ракетного двигателей («Скайрокет» и SR. 53), в 2-комбинация турбореактивного и прямоточного воздушно-реактивного двигателей («Ледюк» 022 и «Гриффон» И), в 23-турбореактивные, а в 10-турбовентиляторные двигатели. На четырехмоторных самолетах в 4 случаях применены турбореактивные, а в 2-турбовентиляторные двигатели.

Рис. 1.42. Самолет «Ягуар» с балочным кронштейном крепления оперения.

Размещение двигательной установки

Отсутствие воздушного винта, относительно небольшая масса, сравнительно простые конструкция и обслуживание реактивных двигательных установок позволяют размещать двигатели в местах, обеспечивающих оптимальные условия их работы и оптимальные характеристики самолета. В современной реактивной авиации наблюдается большое разнообразие вариантов размещения двигателей на самолете. Правда, в сверхзвуковых самолетах эти возможности существенно ограничены, тем не менее в конструкторской практике реализованы следующие варианты размещения двигателей:

– в гондолах, расположенных непосредственно под корневыми (Ту-144, В-1) или средними («Конкорд») частями крыла, либо в гондолах, встроенных в средние части крыла (Т. 188, YF-12A); в самолетах Ту-144, «Конкорд» и В-1 применены гондолы, вмещающие по два двигателя, в остальных случаях-индивидуальные гондолы;

– в гондолах, размещенных под крылом на пилонах (В-58, М-50) либо на концах крыла («Тридан», М-50, VJ-101C); в самолете VJ-101C использованы двухдвигатель- ные, а в остальных-индивидуальные гондолы ;

– в гондоле, вмещающей шесть двигателей и расположенной под хвостовой частью фюзеляжа и корневыми частями крыла;

– в индивидуальных гондолах, размещенных над хвостовой частью фюзеляжа с обеих сторон вертикального оперения.

Остальные самолеты построены по од- но- и двухдвигательной схемам с двигателями, размещенными в хвостовой части фюзеляжа.

Классической для двухдвигательных самолетов можно считать схему с двигателями, размещенными в фюзеляже рядом, хотя построены также и самолеты с двигателями, расположенными один над другим («Лайтнинг», SR.53), друг за другом (в самолете «Скайрокет» с комбинированной двигательной установкой турбореактивный двигатель размещен в средней части фюзеляжа, а ракетный – в его хвосте), а также один в другом («Гриффон» II и «Ледюк» 022, где турбореактивные двигатели установлены соосно внутри прямоточных). Пять из остальных двухдвигательных самолетов (Х-3, F-101, F-4, «Ягуар» и Т-2) имеют короткие фюзеляжи с балочными кронштейнами крепления оперения, что придает самолету специфичную форму. Можно отметить также схему размещения двигателей в самолете F-14, где двигательные гондолы объединены с фюзеляжем, что определяет как общий вид, так и поперечные сечения этой части планера самолета.

При проектировании самолета обычно прорабатываются различные варианты расположения двигателей. Каждый из вариантов, являясь результатом компромисса, имеет определенные недостатки и достоинства. Из них обычно выбирается такой, который с учетом современного состояния науки и техники, назначения самолета, располагаемых возможностей конструкторского бюро, его смежников и заводов-изготовителей представляется конструктору вариантом, обеспечивающим наилучшие показатели самолета.

Варианты конструкции самолета с двигателями, размещенными в крыле, под ним либо на его концах, имеют следующие преимущества:

– свободное пространство в фюзеляже для бомбовых отсеков, топливных баков, грузов и т.п.;

– малую длину воздушных каналов, а значит, и малые потери давления на входе в компрессор двигателя;

– разгружение крыла от массовых сил (тяжести и инерции) в полете, что позволяет уменьшить массу крыла на 10-15%;

– двигатели, размещенные в передней части крыла, выполняют роль противофлат- терного груза и гасят вибрации крыла при полете в турбулентной атмосфере;

– в двигательных гондолах могут размещаться также и люки для уборки шасси;

– в случае установки гондолы на пилоне замена двигателя одного типа на другой (с иными габаритами) может быть осуществлена путем лишь незначительного изменения конструкции (этот вариант обеспечивает также большую противопожарную безопасность);

– более легкий доступ к двигателям во время обслуживания.

Основными недостатками таких компоновок (особенно варианта с двигателями, размещенными в средних частях крыла в плоскости хорд) являются:

– ухудшение аэродинамических характеристик крыла, связанное с размещением воздухозаборника вблизи передней кромки, а выходного сопла возле задней кромки крыла, что приводит к уменьшению несущей способности крыла, увеличению полетного сопротивления самолета и уменьшению возможностей механизации крыла;

– усложнение силовой конструкции крыла;

– возникновение значительного отклоняющего момента в случае выхода из строя одного из двигателей;

– увеличение моментов инерции массы самолета относительно продольной и вертикальной осей, приводящее к уменьшению его маневренности;

– низкое расположение воздухозаборников при размещении двигателей под крылом на пилонах приводит к попаданию в двигатель пыли и других предметов вместе с воздухом во время взлета и посадки, что ускоряет износ деталей двигателя и может быть причиной аварии.

При выборе варианта установки двигателей в крыле необходимо учитывать проблему возникновения дополнительной аэродинамической интерференции между крылом и гондолами, а также проблему нагрева конструкции. Вследствие интерференции при больших скоростях полета у самолета с двигателями в крыле или под ним раньше возникает волновой кризис, что приводит к уменьшению критического числа Маха (т.е. к уменьшению эффекта стреловидности крыла) по сравнению с самолетом, двигательная установка которого размещена в фюзеляже. Интенсивность этого явления зависит от положения гондолы как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях, поскольку интерференционное сопротивление оказывается наименьшим, когда ось двигателя совпадает с хордой профиля, а наибольшим – при размещении гондол двигателей на пилонах.

Проблема нагрева конструкции при работе двигателя имеет наряду с фактом снижения прочности материала при повышении температуры и другие аспекты. Например, в процессе проектирования самолета В-58 с треугольным крылом потребовалось в соответствии с принципами балансировки, чтобы центры тяжести двигателей, установленных на пилонах, находились перед линией центров давления крыла. Однако при этом возникала опасность нагрева нижней поверхности крыла потоком выхлопных газов. Для самолета В-58 это было тем более опасно, поскольку внутренние объемы его крыла предполагалось использовать как емкости для топлива.

Испытания макета самолета с двухдвигательными гондолами показали, что температура обшивки крыла при работающих двигателях (особенно на земле) возрастает выше допустимого предела. Рассматривался также вариант с гондолами, размещенными над крылом и под ним, однако этот вариант оказался менее всего соответствующим правилу площадей. В конце концов была принята компоновка, удовлетворяющая обоим условиям: гондолы сдвинуты одна относительно другой в продольном направлении (правило площадей) и установлены под разными углами относительно хорды крыла. Для уменьшения интенсивности нагрева внутренние гондолы установлены под значительным положительным углом атаки, а внешние, с выхлопными соплами, находящимися уже за задней кромкой крыла,-под отрицательным углом. Такое расположение двигательных гондол позволило также уменьшить до приемлемого уровня вибрации, сопутствующие воздействию выхлопных газов на обшивку крыла.

Рис. 1.43. Схемы размещения двигателей в сверхзвуковых самолетах.

Другого рода проблемы возникают при размещении двигателей в гондолах под задними частями крыла либо под корневой частью крыла и фюзеляжем. Такое местоположение гондол позволяет использовать систему косых скачков уплотнения, возникающих под крылом, для увеличения подъемной силы самолета. Наиболее эффективным с этой точки зрения является размещение двигателей в одной общей гондоле, как это сделано в самолете ХВ-70А. Однако недостаток такого решения заключается в увеличении массы конструкции из-за большой длины воздушных каналов. Разнесение гондол, как в самолете «Конкорд», позволяет использовать более короткие воздушные каналы и приводит к разгрузке крыла. Однако при этом прирост подъемной силы по сравнению с общей подфюзеляжной гондолой уменьшается в два раза (20 и 10% соответственно). Ввиду этого в самолете Ту-144 принято промежуточное решение.

В сверхзвуковых самолетах двухмоторная двигательная установка размещается обычно внутри хвостовой части фюзеляжа. Такая компоновка имеет следующие преимущества :

– отсутствие дополнительного аэродинамического сопротивления;

– уменьшение момента инерции массы самолета относительно его продольной оси, что облегчает управление по крену.

Но эта компоновка имеет также и недостатки, а именно:

– усложнение формы и конструкции, а также удлинение воздушных каналов;

– значительный объем фюзеляжа занят двигателями, воздушными каналами и выходными устройствами;

– затрудняется доступ к двигателям, так как для этого возможно использовать лишь относительно небольшие люки конструкции фюзеляжа.

Выше упоминалось, что расположение двигателей один над другим в плоскости симметрии самолета использовалось редко. Одним из двух самолетов, построенных по такой схеме, является «Лайтнинг». При проектировании этого самолета оказалось, что проблема размещения двух двигателей при условиях наименьшей площади миде- лева сечения и минимальной асимметрии тяги может быть успешно решена путем установки двигателей (с общим лобовым воздухозаборником) друг над другом с продольным сдвигом (верхний ближе к концу фюзеляжа). Это не только упрощает задачу балансировки самолета, но также приводит к увеличению боковой поверхности фюзеляжа, а значит, к улучшению путевой устойчивости и возможности некоторого уменьшения площади вертикального оперения.

Однако эта концепция не нашла последователей, так как, помимо обычных недостатков размещения двигателей в фюзеляже, ее характеризует еще более трудный доступ к двигателям, усложнение формы воздушных каналов, а также большой демпфирующий момент хвостовой части фюзеляжа, возникающий во время выполнения маневров в горизонтальной плоскости. Таким образом, основным вариантом компоновки двух двигателей в фюзеляже можно считать их расположение рядом друг с другом.

Наиболее часто двигатели устанавливаются в фюзеляже рядом практически вплотную и только в одном случае (самолет F-14) они раздвинуты на некоторое расстояние. Для первого варианта характерны большие потери давления и большая масса конструкции воздушных каналов (что связано с их большей длиной и криволинейной формой), а также опасность последовательного отказа обоих двигателей. Второй же вариант объединяет достоинства размещения двигателей в фюзеляже и в крыле, поскольку в этом случае воздушные каналы короткие и прямые, а двигатели разделены внутрифюзеляжным пространством, значительная часть которого может быть отведена под оборудование. Этот вариант компоновки отличается также меньшим сопротивлением хвостовой части фюзеляжа, которую можно выполнить в форме клина.

Эволюция воздухозаборника

Основными параметрами, характеризующими двигатель как силовую установку самолета, являются развиваемая им тяга и удельный расход топлива. Эти параметры определяются на основании характеристик внутридвигательных процессов, которые в случае турбореактивного двигателя зависят главным образом от работы компрессора и турбины. Однако с увеличением скорости полета остальные узлы и агрегаты начинают оказывать на работу двигателя все большее влияние. Это в первую очередь относится к воздушному каналу, форма которого зависит не только от конструкции и назначения двигателя, но также и от его местоположения на планере. С увеличением скорости полета потери давления в воздушном канале увеличиваются, вследствие чего происходит уменьшение тяги двигателя и увеличение удельного расхода топлива.

Рис. 1.44. Возникновение неприсоединенного (а) и присоединенного (б) скачков уплотнения перед воздухозаборниками с закругленной и острой входными кромками.

Следовательно, определяющими для самолета являются характеристики двигательной установки в целом, а не одного только двигателя. Это утверждение в первую очередь относится к сверхзвуковым самолетам, так как различие между соответствующими характеристиками двигательной установки и двигателя возрастает с увеличением скорости полета. Поэтому для двигательной установки вводится понятие «эффективная тяга», под которой понимается результирующая сил, действующих на внешние и внутренние поверхности двигателя. Характер и величины сил, создаваемых внутренним давлением, и сил трения, обусловленного вязкостью рабочего тела, определяются процессами, происходящими внутри двигателя. Силы же, действующие на внешние поверхности, определяются характером обтекания двигателя внешним потоком и зависят от местоположения и способа установки двигателя на планере, а также от скорости полета. Воздухозаборник и воздушный канал, обычно составляющие часть планера, более других элементов влияют на силу тяги, создаваемой двигательной установкой. Они обеспечивают подвод воздуха, необходимого для нормальной работы двигателя, в требуемом количестве и с определенными скоростью и давлением. При малых скоростях полета сжатие воздуха перед камерой сгорания происходит главным образом в компрессоре. С ростом же скорости полета, а особенно после достижения сверхзвуковых скоростей, появилась возможность использования кинетической энергии потока для повышения давления воздуха, подводимого к двигателю. При таких скоростях роль воздухозаборника существенно возрастает, поскольку использование кинетической энергии набегающего потока воздуха приводит к уменьшению расхода энергии на привод компрессора. Такое входное устройство является фактически предварительным бестурбинным компрессором.

В околозвуковых самолетах достаточно хорошо выполняет свою функцию воздухозаборник постоянной геометрии с закругленной передней кромкой. Тщательное профилирование воздухозаборника обеспечивает малые потери, а также однородное поле скоростей потока перед компрессором. Однако при сверхзвуковой скорости перед таким воздухозаборником на расстоянии толщины ударного слоя образуется неприсоединенный прямой скачок уплотнения, за которым скорость уменьшается до дозвукового значения. Такому скачку сопутствует большое волновое сопротивление, поэтому воздухозаборники постоянной геометрии с закругленной передней кромкой могут использоваться только до М ‹ 1,14-1,2.

Для сверхзвуковых самолетов потребовалось разработать воздухозаборники иной формы и иного принципа действия. Ввиду широкого диапазона эксплуатационных скоростей этих самолетов их воздухозаборники и воздушные каналы должны одинаково хорошо работать в разных условиях, обеспечивая как простой подвод воздуха при взлете, так и создание оптимальной системы скачков уплотнения в полете с максимальной скоростью. Таким образом, конструкция воздухозаборника зависит от скорости полета и расположения двигателя на планере, а также от формы и принципа действия входного устройства двигателя.

В построенных до настоящего времени сверхзвуковых самолетах нашли применение воздухозаборники:

1) центральные (лобовые), т.е. размещенные по оси симметрии самолета (или оси гондолы), либо боковые (по бокам фюзеляжа);

2) нерегулируемые либо регулируемые, т.е. воздухозаборники, внутренняя геометрия которых постоянна или может изменяться в зависимости от условий полета;

3) с внешней, внутренней или комбинированной компрессией, т.е. воздухозаборники, в которых сжатие воздуха путем преобразования кинетической энергии потока в статическое давление происходит соответственно перед воздухозаборником либо в воздушном канале;

4) плоские либо трехмерные, т.е. воздухозаборники, форма поперечных сечений которых близка к прямоугольной либо круглой (полукруглой, эллиптической и т.п.).

В табл. 1 воздухозаборники характеризуются только по первому и второму признакам. Из этих данных следует, что на 33 самолетах применен лобовой воздухозаборник (в том числе на 13 нерегулируемый), а на 52-боковой (в том числе на 17 нерегулируемый). Три самолета с ракетным двигателем, естественно, не имели воздухозаборника. Лобовые воздухозаборники в 21 случае размещены в фюзеляже и в 12-в гондолах. Среди фюзеляжных воздухозаборников в 18 случаях они находятся в носовой части фюзеляжа, а в остальных 3 применен надфюзеляжный (в самолете YF-107A) или под фюзеляжные (в самолетах «Гриффон» и F-16). Боковые же воздухозаборники обычно размещаются перед передней кромкой крыла в его плоскости, над крылом либо под ним в зависимости от принятой аэродинамической схемы самолета. Первый вариант характерен для среднепланов, а второй и третий – соответственно в низкопланах и высокопланах.

Центральные воздухозаборники в фюзеляже или в индивидуальных гондолах выполнены почти исключительно круглыми по форме поперечного сечения, и только в редких случаях использована овальная форма (F-100, «Дюрандаль» и др.) Преимуществом воздухозаборников двигателей, размещенных в гондолах, является их непосредственное соединение с компрессором, благодаря чему они имеют малую массу, малые потери давления и равномерное поле скоростей потока. В крейсерском полете со сверхзвуковыми скоростями для круглых воздухозаборников характерна, кроме того, постоянная система скачков уплотнения, соответствующая расчетным условиям работы.

К недостаткам круглых воздухозаборников относится снижение их эффективности с увеличением угла атаки, обусловленное изменением системы скачков уплотнения. В случае центральных фюзеляжных воздухозаборников воздушный канал оказывается длинным и сложным по форме, что требует значительного объема фюзеляжа и затрудняет размещение топлива, оборудования и т.п. Кроме того, такой воздухозаборник исключает возможность применения радиолокационной антенны большого диаметра, величина которого ограничена габаритами центрального тела, размещенного внутри входного устройства.

Недостаток надфюзеляжного и подфюзеляжного воздухозаборников состоит в снижении их эффективности при больших углах атаки (соответственно положительных или отрицательных) ввиду того, что воздухозаборник заслоняется фюзеляжем и крылом.

Боковым воздухозаборникам свойственно значительно большее разнообразие форм поперечного сечения. В начальный период развития сверхзвуковых самолетов обычно применялись воздухозаборники полуэллиптические, полукруглые или составляющие четверть круга. В последнее время почти повсеместно применяются плоские боковые воздухозаборники прямоугольной формы с закругленными углами. Отказ от полукруглых воздухозаборников объясняется стремлением не искажать профиль корневых частей крыла и плоскую форму несущего фюзеляжа. Размещение воздухозаборников по бокам фюзеляжа позволяет не только значительно укоротить воздушные каналы, но и занять всю носовую часть фюзеляжа оборудованием, в том числе оборудованием радиолокационной станции. Плоские боковые воздухозаборники работают очень эффективно во всем диапазоне эксплуатационных скоростей и углов атаки.

Основными недостатками боковых воздухозаборников являются затенение одного из них фюзеляжем во время выполнения маневров со скольжением при сверхзвуковой скорости полета и влияние на их работу пограничного слоя, который является основным источником неравномерности поля скоростей в воздухозаборнике и воздушном канале. Пограничный слой возникает в результате вязкого трения воздушного потока на обтекаемых поверхностях самолета, причем скорость потока у обшивки резко падает до нуля. При сверхзвуковом обтекании скачки уплотнения, взаимодействуя с пограничным слоем, вызывают местный отрыв потока от обтекаемой поверхности с резким увеличением толщины пограничного слоя 1* и т.д. Неравномерность распределения скорости изза пограничного слоя возрастает так значительно, что, например, в самолете с воздухозаборниками, непосредственно прилегающими к обшивке фюзеляжа, при скорости полета М = 2,5 тяга уменьшается на ~ 45%, а удельный расход топлива увеличивается на ~ 15%.

1* Толщина пограничного слоя зависит от скорости полета, коэффициента вязкости воздуха, а также от длины обтекаемого участка поверхности. Принимается, что толщина пограничного слоя составляет 1% длины обтекаемого участка при сверхзвуковой скорости полета и возрастает с уменьшением скорости.

Рис. 1.45. Примеры конструкций воздухозаборников.

а-боковой воздухозаборник самолета F-4 (видны подвижная передняя и неподвижная-с системой отвода пограничного слоя-части клина); б-боковой воздухозаборник самолета «Мираж» III (видны щель для отвода пограничного слоя с поверхности фюзеляжа и генератор скачков уплотнения в виде полуконуса); в-подфюзеляжный воздухозаборник самолета F-16.

Аналогичная проблема существует и для лобовых воздухозаборников, оснащенных конусами или клиньями, а также для воздухозаборников с внутренней или комбинированной компрессией. Помпаж воздухозаборника или двигателя, вызванный отрывом потока, может привести к аварии. Для устранения этого нежелательного и опасного явления применяют устройства для отвода пограничного слоя с поверхности фюзеляжа (крыла) перед боковым, под- или надфюзеляжным воздухозаборником, а также отверстия для отсоса пограничного слоя с поверхности конуса или клина, что благоприятствует безотрывному обтеканию. При этом воздух пограничного слоя отводится во внешний поток либо используется для охлаждения двигателя.

Таким образом, проблема работы воздухозаборника самолета с М ‹ 1,1-1,2 весьма сложна, и поэтому входное устройство должно быть спроектировано несколько иначе, чем в дозвуковом самолете.

В диапазоне малых сверхзвуковых скоростей еще применимы нерегулируемые воздухозаборники, выполняемые с заостренными входными кромками, на которых возникает локальный присоединенный прямой скачок уплотнения.

Скорость потока за таким скачком уменьшается до дозвуковой, но она еще так велика, что необходимо дальнейшее замедление потока до значения скорости, требуемого для компрессора. Происходит это в расширяющемся диффузоре. Использование входных острых кромок препятствует возникновению в воздухозаборнике толстого пограничного слоя и последующему отрыву этого слоя, ухудшающему работу двигателя. За локальным присоединенным скачком уплотнения скорость воздуха уменьшается до дозвукового значения так же резко, как и за неприсоединенным головным скачком, однако вследствие его локальности большая часть кинетической энергии переходит в статическое давление (остальная преобразуется в тепловую энергию). Тем не менее с увеличением скорости полета интенсивность скачка и соответственно потери в процессе динамического сжатия возрастают, вследствие чего снижается тяга двигательной установки. Поэтому воздухозаборники такого типа применяются в самолетах с максимальной скоростью, не превосходящей М = 1,5. При более высоких скоростях хорошая эффективность динамического сжатия на бегающего потока может быть достигнута только в системе косых скачков уплотнения, для которых характерна меньшая интенсивность, т.е. меньшее падение скорости и меньшие потери давления. Скорость потока за косым скачком еще остается сверхзвуковой, и если она соответствует числу Маха, не превышающему 1,5-1,7, то дальнейшее торможение потока может

происходить в прямом скачке. Потери в таком слабом скачке невелики, а дозвуковая скорость за ним уже приемлема для воздушного канала. Двухскачковый воздухозаборник работает эффективно до скорости полета М = 2,2. При дальнейшем увеличении скорости набегающего потока возрастает также число Маха за косым скачком. Если оно превышает 1,5-1,7, то поток воздуха следует дополнительно сжать в еще одном косом скачке, чтобы его скорость перед замыкающим прямым скачком имела приемлемое значение. Воздухозаборник с такой системой скачков называется трехскачковым и может применяться до М ~ 3.

Требуемую систему скачков можно создать путем выдвижения из воздухозаборника вперед элемента с острой вершиной (независимо от использованного принципа компрессии) либо путем использования воздухозаборника с острыми входными кромками и соответствующим образом спрофилированного диффузора (во входных устройствах с внутренней или комбинированной компрессией).

Конструктивные элементы внутри воздухозаборника, используемые для создания косых скачков уплотнения, называются генераторами скачков. На практике нашли применение генераторы в форме конусов, полуконусов, четвертьконусов и клиньев. На их вершинах при сверхзвуковом полете образуется присоединенный скачок с углом наклона, зависящим как от угла при вершине тела, так и от числа Маха. Поскольку в косом скачке изменение параметров потока, как уже упоминалось выше, происходит менее резко, чем в прямом, значительно меньше и потери, а тем самым выше создаваемое статическое давление. Статическое давление заторможенного потока тем больше, чем выше скорость полета и число косых скачков уплотнения, в которых происходит преобразование энергии.

На практике используются двух-, трех- и даже четырехскачковые системы. Второй и последующие косые скачки могут создаваться генератором с ломаной образующей или в результате отражения волн возмущения от внутренних стенок диффузора. Первый способ создания скачков характерен для воздухозаборников с внешней компрессией, а второй-с комбинированной.

Рис. 1.46. Воздухозаборники сверхзвуковых самолетов.

а -«Сюпер-Мистэр» В.4; 6-F-100; e-F-104; г-F.D.l; d-F-8; е-В-58.

Рис. 1.47. Геометрия совкового воздухозаборника самолета F-14 с верхней кромкой, выполняющей роль генератора косых скачков уплотнения в полете с дозвуковой (а), околозвуковой (б) и сверхзвуковой (в) скоростями.

В воздухозаборниках с внутренней компрессией скачки индуцируются внутри неосесимметричного воздушного канала благодаря соответствующему профилю поперечных сечений диффузора.

Описанные выше способы создания скачков уплотнения различаются между собой местом образования скачков относительно плоскости входа в воздухозаборник. Общей чертой их является многоступенчатость процесса торможения потока, благодаря чему обеспечиваются максимальное использование динамического сжатия, минимальные потери и равномерное распределение скорости.

На первых сверхзвуковых самолетах с воздухозаборниками, оснащенными генераторами косых скачков уплотнения, использованы входные устройства с внешней компрессией. По сравнению с другими они довольно просты в регулировке и имеют малую массу. Генератор размещается относительно входа в воздухозаборник таким образом, чтобы генерируемый им первичный скачок касался входной кромки воздухозаборника в расчетных условиях полета, что позволяет получить максимальный захват воздуха, минимальные потери в процессе сжатия и минимальное внутреннее сопротивление входного устройства.

Однако существенными недостатками входных устройств этого типа по сравнению с другими являются большое (наибольшее) внешнее сопротивление, связанное с изменением направления движения потока, а также наименьший прирост статического давления и большая лобовая площадь из-за того, что внутри воздухозаборника необходимо разместить генератор скачков. Теоретически наиболее рационально использование входных устройств с внутренней компрессией, которые наиболее эффективны и обладают минимальным внешним сопротивлением. Однако такие входные устройства пока не нашли практического применения ввиду сложности конструкции профилированного воздушного канала и необходимости плавного изменения его внутренней геометрии в соответствии с изменяющимися условиями полета и работы двигателя. В настоящее время все шире применяются входные устройства с комбинированной компрессией, которые при относительно простой конструкции отличаются довольно высокой эффективностью.

Представленные примеры геометрии и конструкции воздухозаборников свидетельствуют о возможности индивидуального подхода к задаче проектирования воздухозаборника с учетом изменяющихся условий его работы. Показанные на рис. 1.45 и 1.46 воздухозаборники принципиально различаются по форме и внешнему виду, но они аналогичны по характеру работы при определенной скорости. Разница в деталях обычно связана с принятыми теоретическими предпосылками, результатами экспериментов и вкусами конструкторов.

Например, британский экспериментальный самолет F.D.2, на котором в 1956 г. был установлен мировой рекорд скорости (1822 км/ч), имел весьма специфичный воздухозаборник. Его верхняя входная кромка заострена и выдвинута вперед относительно закругленной нижней. С одной стороны, это приводит к возникновению на верхней кромке присоединенного косого скачка, который проходит на определенном расстоянии перед нижней кромкой, не позволяя возникнуть около нее неприсоединенному прямому скачку. С другой же стороны, выдвижение верхней кромки вперед позволяет увеличить лобовое сечение воздухозаборника в полетах на больших углах атаки, когда скорость полета мала, а требуемый расход воздуха в двигателе велик.

Кроме того, получили распространение устройства дополнительного подвода или отвода воздуха, входящие в систему воздухозаборника. К таким устройствам относят впускные (взлетные) и перепускные створки, которые обычно располагаются либо вблизи регулирующего элемента (конуса, рампы, клина), либо по длине воздушного канала и открываются или закрываются в зависимости от требуемого для двигателя расхода воздуха. На рис. 1.47 показаны положения элементов воздухозаборника самолета F-14 на различных режимах полета.

При взлете и полете с небольшими скоростями передняя и задняя части подвижной рампы воздухозаборника подняты, а взлетно-перепускная створка открыта, благодаря чему обеспечивается поступление к двигателю требуемого количества воздуха, несмотря на малую скорость набегающего потока. С увеличением скорости полета и давления воздуха на входе в компрессор направление воздушного потока, протекающего через взлетную створку, меняется на противоположное, и излишний воздух из воздушного канала перепускается в атмосферу. При полете с околозвуковой скоростью пропускная способность створки оказывается недостаточной, и для ограничения поступления воздуха в компрессор задняя часть рампы отклоняется вниз, вследствие чего уменьшается проходное сечение воздухозаборника, а размеры канала для отвода воздуха увеличиваются. При полете с большими сверхзвуковыми скоростями передняя и задняя части рампы еще больше отклоняются вниз, обеспечивая поступление в двигатель оптимального количества воздуха. Щель между передней и задней частями рампы используется для отвода пограничного слоя.

Из представленного выше обсуждения следует, что сверхзвуковые воздухозаборники с генератором косых скачков должны профилироваться таким образом, чтобы при расчетной скорости полета первичный скачок касался входной кромки. Такое положение скачка обеспечивает наибольшую эффективность работы входного устройства, поскольку при этом расход воздуха максимален, потери в процессе сжатия и входное сопротивление минимальны, а двигатель работает наиболее устойчиво. Очевидно, что такие условия существуют лишь при определенном числе Маха. Это означает, что данному числу Маха соответствует определенное положение генератора скачков относительно входной кромки воздухозаборника, а на других режимах работы характеристики воздухозаборника ухудшаются. Таким образом, в широком диапазоне сверхзвуковых скоростей набегающего потока удовлетворительные характеристики работы двигателя с нерегулируемым воздухозаборником обеспечить не удается.

Этот недостаток является следствием несоответствия постоянной геометрии воздухозаборника, рассчитанной для определенных условий течения, оптимальным параметрам внутреннего и внешнего потоков при нерасчетных условиях. Этот недостаток может быть устранен частично или полностью путем изменения геометрии воздухозаборника (входного, критического и/или выходного сечений) в соответствии с изменяющимися скоростью и высотой полета. Обычно это осуществляется посредством плавного автоматического перемещения регулирующего элемента, что обеспечивает требуемый расход воздуха при малом внешнем сопротивлении в широком диапазоне скоростей полета, соответствие пропускной способности входного устройства производительности компрессора и соответствие системы скачков

конфигурации воздухозаборника. Это исключает также возможность возникновения неприсоединенного прямого головного скачка – основной причины неудовлетворительной работы воздухозаборника и воздушного канала в целом.

В заключение следует отметить, что расположение двигателей и воздухозаборников на самолете, как и выбор типа входного устройства, являются предметом комплексных исследований, учитывающих не только требования обеспечения наилучших условий работы двигательной установки, но и характеристики самолета в целом.

7. Самолеты изменяемой геометрии

Подводя итог предыдущим рассуждениям, можно сказать, что при создании сверхзвуковых самолетов основное внимание в области аэродинамики направлено на решение проблем, с одной стороны, увеличения максимальной скорости полета, а с другой стороны, ограничения роста скоростей взлета и посадки. Что касается максимальных скоростей полета, то достигались они лишь путем уменьшения площади и относительной толщины крыльев и оперения самолетов и увеличением угла стреловидности. Такие крылья, действительно, имеют малое сопротивление, но одновременно и малую подъемную силу. Использовавшиеся до сих пор способы уменьшения скорости взлета и посадки всегда приводили к существенному увеличению массы самолета и усложнению его конструкции (особенно крыльев с механизацией), в результате чего ухудшались летные качества самолета и усложнялось обслуживание.

Ввиду этого приходится создавать самолеты с характеристиками, которые оказываются хорошими только для некоторых, точно определенных режимов полета, или самолеты, у которых вследствие компромиссных решений наихудшие летные характеристики повышаются за счет наилучших. Первый подход приводит к созданию самолетов узкого назначения и используется главным образом в военной авиации. Однако практика военных действий показывает, что военной авиации требуются самолеты, обладающие не только хорошими летно-тактическими данными во всем диапазоне используемых скоростей, но также допускающие посадку и взлет с автомобильных дорог и наскоро подготовленных аэродромов. Такие самолеты будут иметь потенциальную возможность достижения преимущества в воздухе, быстрого выполнения боевого задания, проникновения в глубь территории противника на малой высоте (как правило, вне зоны действия наземных радиолокационных станций и прочих элементов системы активной и пассивной противовоздушной обороны) и т.п. Со своей стороны, применение самолетов узкого назначения уменьшает гибкость и эффективность использования большого количества оборудования (большое число одновременно действующих военных самолетов), усложняет обслуживание и материальное обеспечение, а также обучение наземного и летного состава (большое число типов самолетов), требует расширения производства запасных частей и ремонтной базы и т.п. Это означает, что в военной авиации известная универсальность самолета имеет важное значение не только с точки зрения разнообразных условий боевого использования, но также из-за высоких эксплуатационных требований.

На современном этапе развития авиации именно такими свойствами обладают самолеты с изменяемой геометрией крыла, создаваемые в основном как многоцелевые истребители (рис. 1.48). Каким образом это достигается? Известно, что максимальная скорость горизонтального полета зависит от тяги двигательной установки и лобового сопротивления самолета, а посадочная скорость-от подъемной силы и от массы самолета. При данной силовой установке и постоянной массе конструкции самолета увеличение отношения максимальной скорости к посадочной зависит главным образом от аэродинамической формы и конструкции крыла. Поэтому усовершенствования крыла обычно направлены как на увеличение первой из указанных скоростей, так и на уменьшение второй.

Таким образом, завоевание авиацией новых рубежей по скорости и высоте связано не только с использованием более совершенной или принципиально новой двигательной установки и новой компоновки самолетов, но также с изменениями их геометрии в полете. Такие изменения, улучшая характеристики самолета при больших скоростях, не должны ухудшать их качеств, соответствующих малым скоростям, и наоборот. Ввиду этого от упомянутой выше тенденции уменьшения площади крыльев и относительной толщины их профилей, а также увеличения угла стреловидности крыла у самолетов с изменяемой геометрией конструкторы в последнее время отказываются, возвращаясь к крыльям малой стреловидности и большой относительной толщины, если уже достигнуты удовлетворительные величины максимальной скорости и потолка. В таком случае считается важным, чтобы сверхзвуковой самолет имел хорошие летные данные на малых скоростях или на малых высотах. Таким образом, крылья с изменяемой геометрией применяются с целью увеличения подъемной силы самолета при малых скоростях и уменьшения сопротивления при больших скоростях, особенно на малых высотах.

Рис. 1.48. Самолеты изменяемой геометрии польских ВВС.

Возможность достижения указанных качеств в различных диапазонах скоростей в зависимости от конкретных потребностей (фактически это означает выбор угла стреловидности крыла, соответствующего скорости полета) позволяет считать самолеты с изменяемой геометрией самолетами, характеристики которых достаточно хороши на всех этапах полета и во всем диапазоне скоростей.

Принцип изменения геометрии крыла

Все вспомогательные подвижные элементы крыла (кроме поверхностей, используемых в системе управления самолетом), которые каким-либо образом влияют на аэродинамические свойства крыла, носят общее название «механизация». Механизация применяется в самолете в основном с целью уменьшения скорости взлета и посадки и поэтому не обеспечивает необходимых свойств на основных режимах полета. Исключение составляют тормозные щитки, используемые для уменьшения скорости, особенно во время пикирования, а также предкрылки или носовые щитки, иногда применяемые для увеличения кривизны траектории полета при маневре.

Крыло с такого рода механизацией называется крылом постоянной геометрии (обычно это подразумевается само собой и определение «крыло постоянной геометрии» не применяется), несмотря на то что во время полета обычно происходит изменение геометрических параметров крыла, таких, как форма, площадь, кривизна профиля и т.д. К самолетам постоянной геометрии относят также самолеты с крылом переменного угла установки или с крылом, концы которого могут отклоняться в вертикальной плоскости с целью уменьшения площади несущей поверхности и увеличения или уменьшения устойчивости во время сверхзвукового полета. К этой группе относятся также самолеты, у которых, исходя из требований устойчивости на сверхзвуковых скоростях, вместо вертикального оперения большой площади используются подфюзеляжные кили или аэродинамические направляющие, устанавливаемые в задней части фюзеляжа, которые могут выдвигаться наружу из фюзеляжа, складываться или сбрасываться в полете, что позволяет осуществить взлет и посадку самолета с коротким шасси на больших углах атаки. Таким же образом рассматривается изменение геометрии во время убирания шасси и контейнеров неуправляемых ракет или поднятие передней части фюзеляжа, которое выполняется с целью уменьшения сопротивления.

Какой же самолет с учетом изложенного называется самолетом изменяемой геометрии? Поскольку основное влияние на лет- но-технические характеристики самолета оказывает крыло, а у сверхзвукового самолета-стреловидность передней кромки крыла и относительная толщина профиля, в настоящее время самолетом изменяемой геометрии называют самолет, крылья которого изменяют в полете угол стреловидности передней кромки по желанию пилота или по заданной программе 1* . При изменении угла стреловидности изменяются размах и отчасти площадь, а также положение сечений крыла относительно направления потока; в результате изменяются удлинение крыла и относительная толщина профиля, а вместе с ними подвергаются изменению аэродинамические характеристики, особенно качество.

Крыло изменяемой стреловидности в «развернутом» положении обычно практически прямое (иногда с очень малым углом стреловидности), а в «сложенном» положении оно приобретает большую стреловидность. Это означает, что самолеты с изменяемой геометрией крыла сочетают достоинства самолетов с прямым крылом большого удлинения и самолетов с крылом большой стреловидности малого удлинения.

1* Ввиду нечеткости термина «самолет изменяемой геометрии», который употребляет автор, здесь удобнее использовать термин «самолет с изменяемой стреловидностью (геометрией) крыла».- Прим. ред.

Развитие концепции самолета с изменяемой геометрией крыла

Проекты самолетов с изменяемой геометрией крыла появились практически одновременно с проектами обычных самолетов, однако впервые они поднялись в воздух лишь в начале 30-х годов (Павгуста 1930 г. прошел летные испытания самолет М.10 с крылом изменяемого размаха конструкции Махонина). Изменение геометрии крыла, которое в то время должно было выполнять функцию современной механизации крыльев, касалось почти исключительно изменения площади крыла с сохранением угла стреловидности передней кромки. Это и понятно, так как проблема уменьшения волнового сопротивления на том этапе развития авиации еще не существовала.

Как известно, изменение площади крыла (посредством увеличения его размаха, или хорды, или одновременно обоих параметров) может привести к изменению удлинения, относительной толщины профиля и сужения, а отсюда к изменению летных характеристик самолета, которые зависят от этих параметров. Такое изменение геометрии малоэффективно, так как усложняет конструкцию и изготовление крыльев, что дает сравнительно небольшой аэродинамический эффект ценой значительного увеличения массы самолета (достигнутые максимальные скорости для конфигураций максимальной и минимальной площадей различались не более чем на 5-10%).

Первые конструктивные решения, соответствующие современным взглядам на изменение геометрии крыла, были реализованы в период второй мировой войны, при разработке самолета «Мессершмитт» Р-1101 со стреловидным крылом, угол стреловидности которого мог составлять 35 или 45°. Летные испытания этого самолета не были завершены, и в 1945 г. он был захвачен войсками США. В 1948 г. в NACA рассматривалась возможность применения крыла изменяемой геометрии на экспериментальных сверхзвуковых самолетах Х-1 и Х-2. В связи с этим фирме «Белл» было предложено решить эту задачу, используя опыт разработки конструкции прототипа Р-1101. Самолет, обозначенный Х-5, разрабатывался как истреби- тель-штурмовик, поэтому в процессе проектирования принимались во внимание тактико-технические требования военно- воздушных сил США для самолетов такого типа. Первый из двух построенных экземпляров Х-5 совершил полет 20 июня 1951 г. На самолете был установлен один турбореактивный двигатель J35-A-17 фирмы «Эллисон» тягой 2220 даН. В дальнейшем предполагалось использовать двигатель J40-WE-2 фирмы «Вестингауз» с системой дожигания, однако ни двигатель, ни форсажная камера на самолете не устанавливались.

Характерной чертой системы изменения угла стреловидности крыла была автоматическая компенсация перемещения центра давления относительно центра тяжести самолета при изменении положения крыла. Это обеспечивалось путем перемещения крыла вперед при увеличении угла его стреловидности и позволяло получить приемлемые характеристики устойчивости и управляемости (т.е. маневренность) в используемом диапазоне углов стреловидности на всех этапах полета. Улучшение характеристик взлета и посадки достигнуто не только благодаря возможности установки крыла в положение минимальной стреловидности, но также вследствие использования предкрылков,размещенных почти по всему размаху. Кинематика изменения положения крыла позволяет варьировать угол стреловидности передней кромки в диапазоне 20-60°, при этом обе консоли крыла поворачиваются относительно общей оси, расположенной в плоскости симметрии самолета, с помощью электропривода. При стреловидности 20° размах составляет 9,7 м, а максимальная скорость 967 км/ч, тогда как в положении максимальной стреловидности эти параметры равны соответственно 6,3 м и 1040 км/ч. Во время летных испытаний максимальная стреловидность обеспечила высокую скорость подъема, а минимальная-высокую экономичность на крейсерском режиме и возможность взлета и посадки с использованием короткой взлетно-посадочной полосы (ВПП).

Вторым самолетом, на котором использовано крыло изменяемой стреловидности, был «Ягуар» XF10F-1 фирмы «Грумман», предназначенный для морской авиации США. При разработке самолета преследовалась цель обеспечения хороших характеристик при полете на малых скоростях, что важно для палубной авиации. На самолете XF10F-1 устанавливалось крыло, угол стреловидности которого изменялся в диапазоне 13,5-42,5°. При наименьшей стреловидности размах составлял 15,42 м, а при наибольшей 11,17м. Первый облет этого самолета был произведен 19 мая 1953 г.

Посредством изменения положения крыльев вдоль фюзеляжа механизм установки угла стреловидности «Ягуара» автоматически компенсировал перемещение центра давления относительно центра тяжести самолета. При наибольшем угле стреловидности крыло занимает крайнее переднее положение, а при наименьшем-крайнее заднее. Изменение угла стреловидности должно быть точно синхронизировано с перемещением крыла, иначе расстояние между центром давления и центром тяжести увеличивается настолько, что самолет становится опасно неустойчивым. На самолете «Ягуар» был установлен турбореактивный двигатель J40-WE-8 с тягой 32,92 кН (3357 кГ) без форсирования и 48,48 кН (4944 кГ) с форсированием. При взлетной массе 14177 кг самолет развивал максимальную скорость 1175 км/ч. Сравнительный анализ летных данных «Ягуара» и самолета «Демон» F3H-1 фирмы «Макдоннел» (оба самолета использовали одну и ту же силовую установку и имели приблизительно одинаковую взлетную массу) показал, что у самолета изменяемой геометрии аэродинамическое качество возрастает на 15%, а посадочная скорость уменьшается на 25%, но в то же время примерно на 130 км/ч снижается максимальная скорость. Вначале командование морской авиации США заказало 30 самолетов F10F-1, однако отрицательные результаты летных испытаний и усложненное обслуживание вызвали отказ от этого решения.

Рис. 1.49. Модель самолета «Ласточка» с развернутыми крыльями.

Из вышеизложенного следует, что переворота в авиационной технике, ожидавшегося от крыла изменяемой стреловидности, не произошло, и первые два самолета с этим нововведением показали недостаточные летные качества, так как многочисленные технические проблемы, связанные с неизбежным усложнением конструкции летательного аппарата, были решены в них не на должном уровне. Использованная кинематическая система перемещения подвижных консолей крыла была слишком сложной, и любая небольшая неточность в изготовлении или не слишком тщательная подготовка к полету приводили, как правило, к аварийной ситуации. Поэтому указанные самолеты не вышли из стадии опытного образца. Это объясняется недостаточным для такого рода задач уровнем технологии в области конструкции самолета, двигателестроения и оборудования, а также малой прочностью и большой плотностью применявшихся материалов. Кроме того, выигрыш, который дает применение крыла изменяемой стреловидности на дозвуковых или околозвуковых самолетах, слишком мал по сравнению с увеличением массы и усложнением конструкции самолета. В то же время эффективность использования сверхзвуковых самолетов зависит и от их характеристик при полете на дозвуковых скоростях, что делает необходимым применение крыла изменяемой стреловидности, а с технической точки зрения это стало возможным уже в начале 60-х годов.

В 1950 г. в Великобритании фирма «Виккерс-Армстронг» начала разработку крыла изменяемой геометрии для сверхзвуковых самолетов. Проект под названием «Своллоу» («Ласточка») предполагал создание самолета (в перспективе-бомбардировщика) по типу «летающее крыло». «Ласточка» (рис. 1.49) имела треугольные неподвижные прифюзеляжные части крыла со стреловидностью передней кромки 75°

и подвижные консоли трапециевидной формы в плане. Предусматривалась возможность изменения положения подвижных консолей в широком диапазоне углов, причем в крайнем заднем положении их передняя кромка становилась продолжением передней кромки неподвижных частей крыла. Четыре двигателя устанавливались в гондолах-по два на каждой консоли (одна над крылом, другая под ним). Гондолы имели одну степень свободы, которая позволяла сохранять ось двигателя параллельной оси самолета независимо от угла стреловидности. Благодаря такому расположению двигателей во время изменения угла поворота консолей происходило перемещение центра тяжести, которое компенсировало изменение положения центра давления (при увеличении стреловидности центр тяжести перемещался назад вместе с центром давления).

В 1958 г. после отказа в правительственных кредитах работы над «Ласточкой» прекращаются еще до создания опытного экземпляра; это объясняется появившейся тенденцией снабжения самолетов ракетным вооружением и в связи с этим утратой заинтересованности Министерства обороны Великобритании в пилотируемых бомбардировщиках. Однако в рамках проекта были проведены обширные летные испытания управляемой модели с ракетными двигателями. Почти в это же время проектом заинтересовались военно-воздушные силы США, для которых такой самолет мог бы явиться хорошим дополнением околозвукового стратегического бомбардировщика «Стратофортресс» В-52 фирмы «Боинг», предназначенного для выполнения роли дежурящего в воздухе носителя ракет дальнего действия.

Таблица 6. Характеристики самолетов изменяемой геометрии

Принятые обозначения:

Н-низкоплан; В-высокоплан; Б-бомбардировщик; МИ-многоцелевой истребитель; Э-экспериментальный самолет; Д-стабилизатор-полностью поворотное горизонтальное оперение, выполняющее функцию элевонов (дифференциальным стабилизатор); ТРД – турбореактивный двигатель; ТВРД-турбовентиляторный двигатель.

1) Проектные данные.

В этой ситуации оказались ненапрасными большие затраты на теоретические и экспериментальные исследования, которые первый раз в истории развития самолетов изменяемой геометрии соответствовали достигнутому уровню техники (на рубеже 50-х-60-х годов), и успешное завершение начатых работ выразилось в создании серийных сверхзвуковых самолетов с изменяемой стреловидностью крыла. Работы, начатые в США в начале 60-х годов над многоцелевым истребителем ТFХ (позднее F-111), а затем аналогичные разработки в СССР и Франции были успешно завершены. Таким образом, F-111 стал не только первым сверхзвуковым самолетом изменяемой геометрии, но и первым серийным самолетом этого класса.

В настоящее время, по опубликованным данным, производится или готовится к серийному производству несколько типов таких самолетов (табл. 6). Это обусловлено не только достижениями в области двига- телестроения и технологии производства летательных аппаратов, но также и военными требованиями.

Аэродинамические характеристики

На начальном этапе разработки самолетов с изменяемой стреловидностью крыла было обнаружено, что решающее значение для самолета, развивающего высокие максимальные скорости, имеет малая посадочная скорость. К началу 70-х годов было установлено, что достигнуть этого можно конструктивно менее сложным и более дешевым способом, если использовать, например, схему крыльев «тандем» (как на самолете «Вигген») или дополнительные поверхности, убираемые (как в самолетах «Мираж-Милан» и Ту-144) или неубираемые (как в самолетах «Кфир» С2 и «Мираж» 4000).

Благодаря применению тех или иных конструктивных решений посадочная скорость сверхзвукового самолета оказывается близкой к посадочной скорости дозвуковых самолетов. Таким образом, нецелесообразно создавать самолет с изменяемой стреловидностью крыла, предназначенный исключительно для выполнения длительных полетов с максимальной скоростью на большой высоте, поскольку требования взлета и посадки могут быть выполнены другими средствами (именно с этой точки зрения отвергнут проект американского пассажирского самолета с изменяемой стреловидностью крыла). Исключение составляют многоцелевые истребители, для которых необходимы хорошие летно-тактические характеристики при различных условиях полета; особенно это касается полета в неспокойной атмосфере на малой высоте с максимальной скоростью, поскольку аэродинамические характеристики крыла изменяемой геометрии менее чувствительны к неспокойной атмосфере.

Рис. 1.50. Истребитель F-111B фирмы «Дженерал дайнемикс».

При проектировании самолета с изменяемой стреловидностью крыла основной проблемой является создание подвижных частей крыла по возможности наибольших площади и размаха в «развернутом» положении, чтобы получить достаточное изменение характеристик. Обе величины зависят от диапазона изменения угла стреловидности. В созданных до сих пор конструкциях максимальный диапазон изменения угла стреловидности составляет 16-72,5° (для самолета F-111, рис. 1.50), при этом диапазон 20-68° с учетом положения оси поворота в центроплане считается оптимальным. Этот диапазон достаточен для того, чтобы крылья приобретали форму, необходимую для полета как на малой, так и на максимальной скорости, соответствующей даже М = 3. Выше говорилось, что изменение стреловидности вызывает изменение удлинения крыла и относительной толщины профиля. Из зависимости, показанной на рис. 1.51,а, видно, что уменьшение угла стреловидности от ~ 70 до ~ 20° приводит к увеличению удлинения с 2-3 до 6-8,5 и относительной толщины профиля с 4-6 до 10-12%. Вследствие этого изменяются соответствующие аэродинамические характеристики.

Наиболее важным параметром, отражающим аэродинамические характеристики самолета, является качество, равное отношению подъемной силы к лобовому сопротивлению. Аэродинамическое качество при прочих равных условиях зависит в основном от удлинения крыла, его угла стреловидности и толщины профиля. В дозвуковом диапазоне скоростей можно считать, что качество возрастает при увеличении удлинения и толщины профиля, а также при уменьшении угла стреловидности. Эта зависимость показана графически на рис. 1.51,6 как функция скорости при полете на малой высоте для крыльев постоянной геометрии с различными значением угла стреловидности и для крыльев изменяемой геометрии. Видно, что у последних аэродинамическое качество является оптимальным во всем диапазоне скоростей полета. В сверхзвуковых самолетах постоянной геометрии используются компромиссные значения угла стреловидности в диапазоне 60-45°, которому соответствует максимальное качество 10-12.

Из графика видно, что крыло изменяемой геометрии на сверхзвуковых скоростях имеет качество выше почти на 100%, а на околозвуковых скоростях-почти на 50%. Следовательно, характеристики сверхзвукового самолета с изменяемой стреловидностью крыла на дозвуковых скоростях (патрульный полет истребителя, полет к цели бомбардировщика, ожидание разрешения на посадку и т.п.) будут значительно лучше, чем у сверхзвукового самолета обычного типа.

Другим важным свойством крыла изменяемой геометрии при уменьшении угла стреловидности является рост несущей способности вследствие увеличения удлинения и толщины профиля. Дополнительное увеличение подъемной силы обеспечивается с помощью механизации крыла, например предкрылков и щелевых закрылков, устанавливаемых по всему размаху. При этом эффективность закрылков максимальна на прямых крыльях большого удлинения.

Таким образом, уменьшение стреловидности приводит к уменьшению взлетной скорости (длины разбега) или увеличению полезной нагрузки, а при посадке-к сокращению пробега самолета.

Рис. 1.51. Пример возможного изменения удлинения "лямбда", относительной толщины профиля g и качества самолета Кмакс в зависимости от угла стреловидности передней кромки Х.

Благодаря хорошим взлетно-посадочным характеристикам самолеты с крылом изменяемой стреловидности имеют малую скорость отрыва и посадки по сравнению с обычными самолетами. Поэтому длины разбега и торможения уменьшаются в 1,5-2 раза, а вертикальная составляющая скорости снижения при заходе на посадку с включенным двигателем-в 2-2,5 раза. Это упрощает технику пилотирования на таких ответственных этапах полета, как взлет и посадка, а также позволяет использовать самолет на аэродромах с укороченной взлетно-посадочной полосой. На этих этапах полета сверхзвуковой самолет с крылом изменяемой стреловидности имеет характеристики классического дозвукового самолета. Изменение величины коэффициента подъемной силы способствует также уменьшению чувствительности самолета к неспокойной атмосфере в около- и сверхзвуковом полете на малой высоте. Уменьшение этой чувствительности улучшает условия пилотирования (меньшие амплитуды и частоты возмущений), увеличивает точность выполнения боевого задания (например, сброс груза), а также уменьшает нагрузки, действующие на летательный аппарат в полете, и предотвращает чрезмерное утомление экипажа 1*.

В самолетах изменяемой геометрии (рис. 1.52) удельная нагрузка на крыло является одним из наиболее важных параметров. Если самолет должен иметь хорошие взлетно-посадочные характеристики и большую дальность полета на дозвуковой скорости, то следует ориентироваться на малую удельную нагрузку. Если самолет должен выполнять длительные полеты с большой скоростью на малой высоте и быстро разгоняться до сверхзвуковой скорости с одновременным подъемом для проведения воздушного боя, то удельная нагрузка на крыло будет большой.

Большинство построенных самолетов с изменяемой стреловидностью крыла принадлежит к классу многоцелевых, поэтому из компромиссных условий для них выбиралась большая удельная нагрузка. Воздействие большой нагрузки на крыло смягчается применением эффективной механизации для взлета и посадки; при этом работа механизации синхронна с работой механизма изменения стреловидности. Например, в самолете F-111 по всему размаху установлены секционированные выдвижные закрылки с углом отклонения 37,5° и предкрылки, выдвигаемые вперед и отклоняемые на 40°. Чтобы обеспечить синхронное, симметричное и одинаковое по величине отклонение механизации, предусмотрено специальное приспособление, выравнивающее относительное положение элементов механизации и в необходимых случаях блокирующее ее. Таким образом, при наличии блокировки механизацией нельзя управлять до тех пор, пока управляющее приспособление не будет отрегулировано на земле до требуемого положения. Кроме того, предусмотрена блокировка закрылков и предкрылков в положениях «выпущено» и «убрано» в зависимости от угла стреловидности крыльев. При стреловидности, большей 26°, общий рычаг закрылков и предкрылков блокируется в положении «убрано», а при отклоненных закрылках исключается возможность увеличения угла стреловидности крыла более 26°. Это означает, что закрылки могут отклоняться в диапазоне угла стреловидности крыла 16-26°. Аналогичное блокирующее приспособление препятствует несимметричному отклонению предкрылков.

1* Еще одним важным достоинством крыла изменяемой геометрии по сравнению с обычным является меньшее сопротивление в процессе преодоления звукового барьера, что позволяет сэкономить топливо и тем самым увеличить дальность полета или полезную нагрузку- Прим. ред.

Рис. 1.52. Форма центропланов и подвижных консолей крыла самолетов изменяемой геометрии (кроме В-1, масштаб 1 :200).

Механизация имеет только два положения-убранное и выпущенное. Отклонение закрылков и предкрылков производится с помощью одного рычага, однако закрылки не могут отклоняться на угол, больший 15°, если предкрылки не отклонились на угол, равный 28°. Предкрылки не могут быть убраны, если закрылки отклонены на угол, превышающий 15°. Синхронизация отклонения элементов механизации на заданных углах стреловидности крыла связана с тем, что каждый угол соответствует определенным условиям полета: взлет-16°, подъем-26°, экономичный полет на дозвуковой скорости-26°, полет с большой дозвуковой скоростью-45°, полет с околозвуковой скоростью (до М = = 1,1)-от 55 до 60°, полет со сверхзвуковой скоростью-72,5°, посадка-16-26°.

В процессе проектирования самолета приходится решать важную задачу разработки простого метода увеличения продольной и поперечной управляемости при изменении угла стреловидности. Проблема состоит в том, что при увеличении угла стреловидности центр давления существенно смещается назад относительно центра тяжести. В результате этого перемещения, приводящего к резко выраженной передней центровке, возрастает продольная устойчивость, что приводит к ухудшению управляемости и увеличению балансировочного сопротивления.

Один из способов противодействия этому явлению состоит в размещении оси поворота крыла вне контура фюзеляжа (несколько сзади). Благодаря этому можно уменьшить величину поверхности подвижных частей крыла при сохранении того же размаха. Это в свою очередь уменьшает перемещение центра давления, а неподвижные, относительно большие околофюзеляжные части крыла сохраняют стреловидность, допустимую при полете на больших скоростях. Следует отметить, что увеличение подъемной силы неподвижной части крыла (относительно подвижной) при увеличении угла стреловидности противодействует перемещению центра давления назад. Это приводит к увеличению эффективного угла атаки, благодаря чему возвращается часть подъемной силы, утраченной при увеличении угла стреловидности. В этом случае продольная устойчивость самолета остается в допустимых пределах во всем диапазоне углов стреловидности и чисел Маха, а небольшие изменения в равновесии могут быть устранены с помощью оперения.

Другая проблема, возникающая при изменении стреловидности, связана со снижением эффективности работы элеронов, что ухудшает поперечную управляемость. Эти потери при увеличении угла стреловидности вызваны невыгодным направлением оси отклонения элеронов, уменьшением плеча возникающих на них сил и деформацией крыла (при отклонении элеронов), приводящей к изменению угла атаки элерона в направлении, обратном желаемому. Практически это означает, что достижение заданного угла атаки элерона на стреловидном крыле требует отклонения элерона на больший угол, нежели на прямом крыле. Эта проблема, несмотря на некоторые трудности, была решена почти для всех самолетов при помощи дифференциальных стабилизаторов, интерцепторов или элеронов, используемых при углах стреловидности до 45°. Однако такое решение вызывает усложнение конструкции и необходимость применения ряда элементов оборудования, работающего в автоматическом режиме.

Проблемы конструкции

Реализация конструкторских решений, связанных с изменением геометрии крыла в полете, требует разработки и изготовления легких, простых и надежных узлов, исполнительных устройств и т.п. Трудность создания таких устройств заключается в том, что узлы крепления крыла на фюзеляже испытывают значительные силы и моменты, передаваемые с крыла. У многоцелевых истребителей при полете подъемная сила может во много раз (до 8) превышать взлетный вес; поэтому механизмы, осуществляющие изменение геометрии крыла, являются наиболее нагруженными элементами самолета, а их установка связана с нарушением сплошности конструкции фюзеляжа и приводит к концентрации напряжений. Для обеспечения необходимой прочности конструкции приходится дополнительно усиливать некоторые узлы и элементы, что вызывает увеличение массы самолета.

Особые трудности конструирования узла крепления и поворота крыла связаны с тем, что:

– узел состоит из подвижных частей, перемещающихся одна относительно другой, что требует обеспечения минимального трения;

– узел должен занимать ограниченный объем конструкции, высота его должна быть меньше толщины неподвижной околофюзеляжной части крыла;

– конструкция узла должна обладать значительной прочностью и жесткостью во всех возможных положениях крыла относительно фюзеляжа и самолета относительно земли.

Крыло самолета-конструкция упругая, подвергающаяся в полете колебаниям, поэтому узел крепления и поворота крыла должен иметь минимальные зазоры для предохранения конструкции от динамического разрушения и одновременно выполнять определенные функциональные требования. Наконец, механизм изменения геометрии крыла должен обеспечивать абсолютную синхронность отклонения обеих подвижных консолей, поскольку даже малейшая несогласованность движений приводит к нежелательным боковым моментам. При этом необходима высокая надежность узла, поскольку поломка узла или его устройств практически неизбежно становится причиной гибели самолета. С этой точки зрения механизм изменения геометрии крыла должен иметь дублирующую систему, как, например, в двигательной установке.

В соответствии с общими принципами, принятыми в авиации, требованиям к механизму изменения геометрии крыла должна удовлетворять конструкция, достаточно легкая ( с тем чтобы добавочная масса не привела к утрате преимуществ применения изменяемой геометрии), а также простая в изготовлении и обслуживании. Для создания легкого, сильно нагруженного механизма изменения геометрии при ограничении на его объем целесообразно использовать материалы высокой прочности, а для обеспечения его работоспособности при минимальном коэффициенте трения в условиях низких и высоких температур-специальные смазочные средства или материалы, не требующие смазки при трении одной поверхности о другую.

Кроме того, конструкционные материалы должны обладать постоянной статической прочностью во время работы при разных температурах и атмосферных условиях, а также высокой динамической и усталостной прочностью под действием вибраций большой частоты и амплитуды при полете в неспокойной атмосфере или при выполнении маневров. При этом следует помнить, что внешние нагрузки подвижных частей крыла (возникающие в полете) складываются из аэродинамических сил, зависящих от условий полета, массовых сил (силы тяжести и инерции), обусловленных собственной массой конструкции крыла и массой расположенных в нем грузов и агрегатов (топливо, оборудование внутри крыла, подвесные грузы), и сил, возникающих при использовании оружия. Под действием таких нагрузок крыло подвергается изгибу и кручению. Эти нагрузки, передающиеся с подвижных элементов конструкции на неподвижные, вызывают реакции четырех видов. Ими являются: перерезывающая сила (вертикальная), действующая в плоскости, параллельной плоскости симметрии самолета; осевая сила (горизонтальная), действующая параллельно оси самолета; изгибающий момент; крутящий момент. Эти реакции определяют размеры узла, соединяющего крыло с фюзеляжем. Изгибающий момент можно заменить парой горизонтальных сил, а крутящий-парой вертикальных, поэтому ясно, что конструкция узла крепления должна иметь элементы, способные воспринимать равнодействующую горизонтальных сил и равнодействующую вертикальных сил.

В общем случае предполагается, что элементы узла, рассчитанные на перерезывающую силу и изгибающий момент, выдерживают осевую силу и крутящий момент. В самолетах с крылом постоянной геометрии силы и моменты передаются через несколько узлов, конструкция которых может соответствовать индивидуальному характеру приложенной нагрузки.

Рис. 1.53. Схема узла, соединяющего подвижные части крыла с центропланом, а-с отдельными вертикальным и горизонтальным шарнирами; б-с шарниром, имеющим косые поворотные пластины.

В самолетах изменяемой геометрии эту функцию, очевидно, может выполнять только один узел, обеспечивающий, кроме того, перемещение одних частей крыла относительно других. Это значительно усложняет задачу создания простого и работоспособного узла, поэтому при проектировании первых самолетов с изменяемой стреловидностью рассматривалось большое количество механизмов изменения геометрии по разным кинематическим схемам (принципам действия). По-видимому, наибольшее применение получили два относительно простых решения (рис. 1.53). Первое из них основано на выделении в узле специальных шарниров, воспринимающих по отдельности перерезывающие силы и изгибающий момент. Преимуществом этого решения является ограничение кинематики вращательным движением узла, а недостатком-необходимость применения дополнительного шарнира, воспринимающего перерезывающую силу. Такое решение использовано в самолетах F-111 и «Торнадо», а также предусмотрено в проекте сверхзвукового пассажирского самолета «Боинг» 2707. Второе решение основано на использовании одного шарнира с косыми поворотными пластинами, воспринимающими нагрузки обоих видов. Преимуществом этого решения является простота конструкции, а недостатком-одновременное появление вращательного и циклического поступательного перемещения. Конструкция такого типа использована в самолете F-14. Шарниры крыла должны свободно вращаться, поэтому в них обычно устанавливаются подшипники скольжения со слоем тефлона, существенно снижающего трение.

Вторым слабым местом в конструкции самолета изменяемой геометрии является система привода, состоящая из механизма, изменяющего положение подвижных частей крыла, и устройства, синхронизирующего эти перемещения. Эта система должна не только обеспечивать синхронное отклонение плоскостей крыла (обычно также механизации и элеронов), но и быть абсолютно надежной. С этой точки зрения система механизмов изменения положения должна приводиться в движение и воспринимать нагрузки от различных частей крыла по крайней мере двумя независимыми путями. В реализованных до настоящего времени системах применяются обычно два гидромотора, связанные между собой механически валом синхронизации поворота крыла и подкрыльных пилонов, что позволяет топливным бакам, бомбам, ракетам и т.п., подвешенным под крылом на пилонах, располагаться вдоль набегающего потока независимо от угла стреловидности. Такая система обычно дополняется управляющим блоком и шарнирно-вин- товыми исполнительными механизмами с соответствующими редукторами.

Гидромоторы работают в независимых гидравлических системах, поэтому в случае неисправности одной из них возможно нормальное отклонение крыла (с уменьшенной скоростью) при помощи вала синхронизации. В случае одновременного отказа обеих систем предусмотрена блокировка положения крыла. Если система работает нормально, то пилот может выбрать любое желаемое положение из всего диапазона отклонений, при этом соответствующая электронная приоритетная система обеспечивает правильный порядок действий во время изменения положения крыла. Управление положением крыла производится из кабины посредством специального рычага, направление перемещения которого совпадает с направлением перемещения передней кромки, или при помощи соответствующего электрического переключателя.

В зависимости от выбранной компоновочной схемы самолета и положения плоскости, разделяющей крыло на подвижные и неподвижные элементы, необходимо производить уплотнение соединений подвижных частей с неподвижными, а в случае, когда задние кромки заходят частично в фюзеляж,-уплотнение соединений крыло-фюзеляж. В самолете «Торнадо», например, применяется уплотнение в виде пневматических камер с наддувом, которые обеспечивают аэродинамическую «чистоту» соединений и малое интерференционное сопротивление. Камеры, изготовленные из упругого пластика, усиленного стекловолокном, не вносят дополнительных неблагоприятных влияний, например не вызывают флаттера крыла, не снижают ресурс самолета и т.д.

Даже из тех немногих проблем, которые перечислены выше, следует, что для реализации преимуществ самолетов с изменяемой геометрией крыла необходим тщательный анализ не только аэродинамических характеристик, функциональности и надежности каждого элемента системы и оборудования, но также весовых, прочностных и кинематических исследований элементов и агрегатов самолета. Только комплексное решение этих проблем может сделать самолет изменяемой геометрии эффективным оружием, послушным воле пилота, а в будущем, возможно, и надежным транспортным средством.

8. Самолеты вертикального взлета и посадки

В начале 50-х и конце 60-х годов проблема вертикального (или короткого) взлета и посадки наиболее часто обсуждалась на страницах специальных изданий. Этот факт станет понятным, если учесть, что одним из важнейших достоинств самолета как военного оружия в течение многих лет была максимальная скорость его горизонтального полета (для воздушного транспорта она и в обозримом будущем останется главным показателем с точки зрения пассажира), увеличению которой сопутствовал рост вертикальной скорости и высоты управляемого полета.

Ввод в эксплуатацию новых типов самолетов с максимальной скоростью, соответствующей М = 2,0-1-2,5, сопровождался ростом взлетной и посадочной скоростей до значений 250-350 км/ч, что потребовало удлинения взлетно-посадочной полосы и, следовательно, создания новых ВПП. Такой неблагоприятый оборот дела не удалось радикально исправить применением высокоэффективной механизации крыла, а позднее и крыла изменяемой геометрии. Оба эти способа позволили лишь смягчить ситуацию, поскольку отношение максимальной скорости к минимальной в самолетах обычного взлета и посадки не может регулироваться беспредельно. Для первых серийных сверхзвуковых самолетов это отношение составляло около 5-9 и возросло до 10 для самолетов второго поколения, а для самолетов с изменяемой стреловидностью крыла оно достигло 11,5.

Стало ясно, что необходимо изменить принттип взлета и посадки – вместо касательного относительно земли направления движения перейти по возможности к вертикальному посредством дополнения аэродинамической подъемной силы вертикальной составляющей тяги двигательной установки. В предельном случае тяга двигателей целиком может быть направлена вертикально, а ее величина-превышать вес самолета. Если при этом выполняются условия устойчивости и управляемости, то возможен подъем самолета при нулевой горизонтальной скорости. Таким образом родилась идея самолета вертикального взлета и посадки (ВВП) и самолета короткого взлета и посадки (КВП).

Конструктивная идея самолетов ВВП и КВП

Разработка самолетов ВВП началась впервые в 50-х годах, когда был достигнут соответствующий технический уровень турбореактивного и турбовинтового двига- телестроения, что вызвало повсеместную заинтересованность в самолетах этого типа как среди потенциальных пользователей, так и в конструкторских бюро. За десятилетия, прошедшие с тех пор, в мире были созданы десятки опытных самолетов ВВП разных систем. Большинство конструкций было изготовлено в 1-2 экземплярах, которые, как правило, терпели аварии уже во время первых испытаний, и дальнейших исследований над ними уже не проводилось. Большие надежды, которые связывались с такими самолетами, натолкнулись на серьезные практические трудности, и, по опубликованным данным, на Западе сейчас имеется единственный выпускаемый серийно околозвуковой самолет-штурмовик ВВП «Харриер» Р. 1127 британской фирмы «Хоукер-Сиддли» (изготавливается также по лицензии в США под индексом AV-8).

Техническая комиссия НАТО, огласившая в июне 1961 г. требования к истребителю-бомбардировщику вертикального взлета и посадки, дала тем самым определенный импульс развитию сверхзвуковых самолетов ВВП в западных странах. Предполагалось, что в 60-х-70-х годах странам НАТО потребуется около 5000 таких самолетов, из которых первые войдут в эксплуатацию уже в 1967 г. Прогноз такого большого количества продукции вызвал появление шести проектов самолетов: Р. 1150 английской фирмы «Хоукер-Сидд- ли» и западногерманской «Фокке-Вульф»; VJ-101 западногерманского Южного Объединения «EWR-Зюд» («Бельков», «Хейнкель», «Мессершмитт»); D-24 голландской фирмы «Фоккер» и американской «Рипаблик»; G-95 итальянской фирмы «Фиат»; «Мираж» III-V французской фирмы «Дассо» и F-104G в варианте ВВП американской фирмы «Локхид» совместно с английскими фирмами «Шорт» и «Роллс- Ройс».

Рис. 1.54. Самолеты вертикального взлета и посадки «Мираж-Бальзак» V-001 фирмы «Дас- со» (а) и VJ-101C-X2 объединения «EWR-Зюд» (б) во время наземных испытаний.

Еще до представления проектов на конкурс стало ясно, что он не состоится. Оказалось, что каждое государство имеет свою собственную, отличную от других концепцию будущего самолета и не согласится на монополию одной фирмы или группы фирм. Например, английские военные поддерживали не свои фирмы, а французский проект, Федеративная Республика Германии поддерживала проект фирмы «Локхид» и т.д. Судьбу конкурса предрешила, по-видимому, Франция, представители которой заявили, что независимо от результатов конкурса будут работать над своим проектом самолета «Мираж» III-V.

Политические, технические и тактические проблемы повлияли на изменение концепции комиссии НАТО, которая разработала новые требования. Началось создание многоцелевых самолетов. В этой ситуации только два из представленных проектов вышли из стадии предварительного проектирования: самолет «Мираж» III-V, финансируемый французским правительством, и самолет VJ-101C объединения «EWR-Зюд», финансируемый западногерманской промышленностью. Эти самолеты (рис. 1.54) были изготовлены соответственно в 3 и 2 экземплярах и подвергались испытаниям (4 из них погибли в катастрофах) до 1966 и 1971 гг. В 1971 г. по заказу командования авиации ВМС США начались работы над третьим сверхзвуковым самолетом ВВП в западных странах-американским XFV-12A.

Отношение СССР к проблеме вертикального взлета и посадки проявилось в 1967 г. Во время демонстрационных полетов на подмосковном аэродроме «Домодедово» были показаны три опытных сверхзвуковых самолета КВП и один околозвуковой ВВП конструкции А. И. Микояна, П. О. Сухого и А. С. Яковлева.

В 60-х годах преобладало мнение, что большое число и разнообразие проектов и программ самолетов ВВП свидетельствуют о том, что авиаконструкторы рассмотрели уже все решения проблемы вертикального взлета и посадки. Создалось впечатление, что они лучше подготовлены к реализации заказов в будущем, нежели конструкторы, которые более 20 лет назад приступили к разработке военных сверхзвуковых самолетов. Однако последующая практика использования сверхзвуковой авиации показала малую вероятность того, что в ближайшем будущем сверхзвуковые самолеты ВВП найдут широкое применение. На это указывают трудности, которые возникают при их разработке, и тот факт, что летные данные, которыми они обладают, значительно хуже, чем у обычных современных сверхзвуковых самолетов, при более высокой стоимости изготовления и эксплуатации и меньшей надежности.

Принципы использования самолетов ВВП и КВП

История развития самолетов ВВП и КВП показывает, что до настоящего времени они создавались почти исключительно для военной авиации. Поэтому принципы использования и типы задач, которые предусматривались ранее или ожидались в будущем, имели решающее значение при поиске наилучших решений. Потребность в самолетах подобного типа вызвана необходимостью рассредоточения военной авиации с целью избежать ее уничтожения на стоянке. Рассредоточение современных военных самолетов, требующих аэродромов с протяженными взлетно-посадочны- ми полосами, весьма затруднено не только из-за малого количества последних (даже с учетом соответствующих гражданских аэродромов), но и из-за малой вероятности строительства новых в условиях войны. Это означает, что вертикальные взлет и посадка дают на первый взгляд оптимальное решение, поскольку самолет ВВП может базироваться на площадках, размеры которых не намного превышают его габариты.

Кроме способности вертикального взлета и посадки, самолеты ВВП обладают дополнительными преимуществами, а именно возможностью зависания, разворота в этом положении и полета в боковом направлении в зависимости от используемых двигательной установки и системы управления.

Перечисленные преимущества самолетов ВВП в боевых условиях значительно обесцениваются наличием серьезных недостатков, приводящих к усложнению эксплуатации таких самолетов и ухудшению их летных данных. Испытания сверхзвуковых самолетов и опыт их эксплуатации в войсковых частях показывают, что рассредоточение большого числа малых групп самолетов в различных местах выгодно с точки зрения безопасности, но неудобно с точки зрения материально-технического обеспечения (топливом, запасными частями, боеприпасами и т. д.), которое в общем не должно зависеть от наземного транспорта. Используемые в настоящее время системы материально-технического обеспечения и обслуживания не приспособлены к эксплуатации в труднодоступной местности. Поэтому необходимо создать новую систему, способную функционировать при частой смене мест базирования, решать, кроме задач управления полетами и технического обслуживания, много других проблем, в частности вопросы работы, жилья, питания, бытового обслуживания и отдыха летного и наземного персонала. В этой ситуации ясно, что только военно-морская авиация, располагающая авианосцами, готова к эффективной эксплуатации самолетов ВВП. И не случайно поэтому при проектировании современных самолетов ВВП и КВП предполагается их базирование на палубах авианосцев.

Другая группа недостатков самолетов ВВП касается летных характеристик. Одной из них является чувствительность к порывам ветра при полете на малых скоростях, вследствие чего взлет и посадка в неспокойной атмосфере становятся небезопасными. К недостаткам следует отнести и значительную разницу в грузоподъемности самолета обычного взлета и вертикального или короткого взлета.

Взлетная масса самолета во время эксплуатации может быть различной в зависимости от количества принятого на борт груза (вооружения или топлива). При этом у обычных самолетов увеличение взлетной массы приводит к удлинению пути разбега, а у самолетов ВВП-к невозможности вертикального взлета. Для используемых в настоящее время двигательных установок приближенно можно считать, что самолет ВВП в варианте вертикального взлета может поднять груз, в два раза меньший, чем при обычном взлете. Ввиду этого диапазон задач и радиус действия такого самолета существенно зависят от расположения района боевых операций по отношению к месту взлета и от возможности выбора последующего места посадки. Определяющим параметром самолета ВВП является величина, обратная тяговооруженности, т.е. отношение взлетной массы к тяге при взлете. Исследования показали, что для вертикального взлета необходимо наличие значительного резерва вертикальной составляющей тяги по отношению к весу самолета. В современных околозвуковых и сверхзвуковых самолетах ВВП отношение взлетной массы к тяге двигателей составляет ~ 0,65-0,85 кг/даН. Вертикальная тяга создается либо путем отклонения вниз реактивных струй тяговых двигателей, обеспечивающих поступательное движение самолета, либо с помощью специальных подъемных двигателей, установленных в положении, близком к вертикальному.

Таблица 7. Характеристики самолетов вертикального взлета и посадки

Самолет

Назначение

Экипаж

Аэродинамическая схема

Система управления

Двигательная установка

«Мираж- Бальзак»

Экспериментальный

1

«Бесхвостка», треугольное крыло, низкоплан

Аэродинамическая + реактивная (сжатым воздухом)

8 подъемных, 1 маршевый двигатель

«Мираж» V-02

Истребитель-бомбардировщик

1

То же

То же

То же

VJ-101C Х-2

Экспериментальный

1

Классическая, стреловидное крыло, высоко- план

Аэродинамическая + реактивная (тягой двигателей)

2 подъемных, 4 подъемно-маршевых двигателя в поворотных гондолах

XFV-12A

Истребитель-бомбардировщик

1

«Утка», стреловидное крыло, высокоплан

Аэродинамическая + реактивная (эжективные закрылки, регулирующие величину и направление тяги)

1 тяговый двигатель с эжекторными щитками

Самолет

Размах, м

Длина, м

Высота, м

Площадь несущей поверхности, м2

Стандартная взлетная масса, кг

Стандартная удельная нагрузка, кг/м2

Отношение массы тяге 1* , кг/даН

Максимальное число Маха

«Мираж- Бальзак»

7,58

12,80

4,25

29,0

6100

210

2,77 (0,83)

– /-

«Мираж» V-02

8,72

18,0

5,55

– /-

12000

– /-

1,43 (0,96)

2,04

VJ-101C Х-2

6,61

15,70

4,13

18,60

7 690

413

1,20 (0,88)

1,14

XFY-12A

8,69

13,39

3,15

27,20

6259

230

0,98 (0,64)

2,0

1* Данные в скобках относятся к вертикальному взлету.

Рис. 1.55. Расположение подъемной двигательной установки и элементов системы струйного (реактивного) управления самолета «Мираж- Бальзак» фирмы «Дассо».

В табл. 7 представлены характеристики четырех сверхзвуковых самолетов вертикального взлета и посадки, в том числе околозвукового самолета VJ-101C, развивающего М = 1,14 (по проекту М = 2,0). Сравнение показывает, что самолеты различаются аэродинамическими схемами, системами управления на различных этапах полета и принципами работы двигательных установок.

Появление отдельных двигателей для вертикального и горизонтального полета в самолетах «Мираж-Бальзак» (рис. 1.55) и «Мираж» III-V фирмы «Дассо» не было случайным. Этому послужили две причины. Первая из них определяется желанием использовать уже существующую конструкцию с минимальными изменениями. Вторая причина вытекает из сравнительной оценки преимуществ и недостатков двигательной установки такого типа. Разделение функций между двигателями позволяет выбрать оптимальные типы двигателей для весьма различных условий взлета-посадки и горизонтального полета, особенно на сверхзвуковой скорости.

Не менее важной является проблема безопасности во время зависания, так как в случае аварии одного из нескольких подъемных двигателей должна сохраняться возможность благополучного приземления. Параметры такой двигательной установки зависят главным образом от характеристик подъемных двигателей. Эти двигатели должны иметь малую удельную массу (по отношению к подъемной силе), малые размеры, высокую надежность и низкую стоимость. Выполнение этих требований оказывается возможным благодаря кратковременной работе двигателей-два раза на каждый полет по 30^0 с в ограниченном диапазоне скоростей и высот. Как следует из опубликованных данных, такая двигательная установка на самолете ВВП может быть эффективной только при условии создания подъемных двигателей с удельной массой не более 0,05 кг/даН. (Для сравнения напомним, что двигатели самолета «Мираж» III-V-02 имеют удельную массу 0,08 кг/даН.)

Рис. 1.56. Компоновочная схема самолета VJ-101C.

1-телеметрическое оборудование; 2-кабина пилота; 3-катапультируемое кресло; 4-створка воздухозаборника подъемных двигателей; 5-подъемные двигатели; 6 – подъемно-маршевые двигатели; 7-оси поворота подъемно-маршевых двигателей; 8-форсажная камера; 9-кольцевая щель дополнительного воздухозаборника; 10-передний топливный бак; 11 -задний топливный бак; 12 -привод поворота двигателей; 13 -элероны; 14-закрылки; 15 -руль направления; 16 -стабилизатор; 17 -передняя стойка шасси; 18-главные стойки шасси.

Проект самолета VJ-101C объединения «EWR-Зюд» (рис. 1.56) разрабатывался в других условиях. Вначале предполагалось, что это будет самолет-перехватчик, который заменит в 70-х годах самолет F-104G (позднее была принята программа «Панавиа»), но затем появились требования полета на малой высоте (использование самолета для нанесения ударов по наземным целям), что обусловило необходимость применения экономичной двигательной установки. В этой ситуации более выгодной оказалась комбинированная система, в которой часть двигателей используется только при взлете, посадке и на переходных режимах. Был разработан проект двигательной установки с двумя подъемными двигателями, расположенными вертикально за кабиной пилота, и четырьмя подъемно-маршевыми двигателями, помещенными в две поворотные гондолы, закрепленные на концах крыла. Выбор такой схемы двигательной установки продиктован следующими соображениями:

– во время взлета и посадки может быть использована тяга всех двигателей;

– можно применить форсирование в двигателях, установленных в гондолах, что повышает их эффективность ценой некоторого увеличения массы конструкции;

– отсутствуют потери тяги, которые имеют место в двигательных установках с отклонением реактивной струи газов;

– использование поворотных гондол упрощает переход в различные фазы полета;

– управление в режимах висения, вертикального взлета и посадки может быть легко реализовано путем дифференциального изменения тяги отдельных групп двигателей, благодаря чему не нужна специальная система струйного (реактивного) управления (применение которой вызывает усложнение конструкции и увеличение ее веса и снижение эффективности по тяге вследствие дополнительного расхода сжатого воздуха);

– отсутствие тяговых двигателей и их сопел в фюзеляже позволяет рациональнее использовать объем самолета, например разместить все топливо вблизи центра тяжести и упростить конструкцию главных опор шасси;

– изменение направления тяги двигателей дает возможность осуществить короткий взлет и посадку;

– влияние земли в режиме висения (приводящее к засасыванию выхлопных газов и повышению температуры) невелико, поскольку воздухозаборники двигателей в гондолах размещаются достаточно высоко;

– установка гондол на концах крыла в принятой аэродинамической схеме уменьшает нагруженность конструкции и ее массу, а также облегчает доступ при обслуживании.

Единственным существенным недостатком принятой системы двигательной установки является дополнительное сопротивление от гондол. Сравнение результатов исследования для такой компоновки и системы, в которой тяговые двигатели располагаются в фюзеляже, показало, что разница сопротивлений равна сопротивлению одной гондолы. Система двигательной установки с поворотными гондолами применима только в самолетах с крылом малого удлинения, поскольку подъем самолета с помощью сил, приложенных к концам длинных консолей крыла, связан с увеличением массы, так как при этом необходимо использовать соответственно более прочную и жесткую конструкцию.

Поворотные гондолы-одна из наиболее интересных особенностей самолета VJ-101C. Весовой анализ показывает, что механизм поворота гондол весит меньше, чем система отклонения реактивной газовой струи. В конструкции узла поворота использованы шарикоподшипник большого диаметра, встроенный в боковую стенку гондолы, и трубчатая ось, через которую подается необходимое питание. Гондолы поворачиваются гидроприводами, работающими в сдвоенной гидросистеме с насосами, размещенными непосредственно на двигателях. Установка разъемных соединений топливной и гидравлической систем и блока управления в плоскости концевых сечений крыла позволяет легко демонтировать гондолы как отдельные агрегаты. Запуск двигателей производится с помощью гидравлического стартера.

Существенную проблему при проектировании самолета вертикального взлета и посадки представляет выбор типа воздухозаборников, которые должны удовлетворять требованиям, относящимся к принципиально различным режимам полета. Одной из трудностей является запуск подъемных двигателей в горизонтальном полете при положительных углах атаки фюзеляжа, поскольку в районе воздухозаборника создается разрежение, а в районе сопла – повышенное давление. Задача решается с помощью больших щитков, расположенных на верхней и нижней поверхностях фюзеляжа, вызывающих движение воздуха, благоприятное для работы двигателей. Воздухозаборники основных подъемно- маршевых двигателей рассчитаны на сверхзвуковую скорость полета, поэтому на взлете, висении и посадке оказалось необходимым применение дополнительного воздухозаборника, который образуется при выдвижении передней части гондолы вперед одновременно с выпуском щитков и шасси. Щель, создаваемая при этом на поверхности гондолы, увеличивает площадь сечения воздухозаборника и благоприятно влияет на распределение скорости и давления воздушного потока на входе в компрессор даже при сильных горизонтальных порывах ветра.

В самолете XFV-12A фирмы «Норт Америкен» используется явление эжекции, т.е. всасывание окружающего воздуха каналами, расположенными в крыльях и горизонтальном оперении, под действием струи газов, выходящей из турбовентиляторного двигателя (рис. 1.57). На режимах висения и полета с малой скоростью управление самолетом осуществляется при помощи четырех работающих независимо эжекторов, создающих реактивную подъемную силу различной величины. При горизонтальном полете двигатель работает, как в обычном самолете, а при зависании и полете с малой скоростью вся струя выходящих газов направляется в эжекторы.

Рис. 1.57. Этапы полета и соответствующее им положение направляющих щитков эжекторов в самолете XFV-12A.

а-висение; б-короткий взлет и посадка; в-горизонтальный полет.

Реактивная подъемная сила эжекторов возрастает благодаря захвату воздуха газовой струей. Вследствие смешения этих потоков (в отношении 7,5:1) скорость и температура газовоздушной смеси на выходе из эжектора уменьшаются, а тяга возрастает примерно на 50%. Использованный в этом самолете принцип вертикального взлета еще мало изучен, несмотря на проведенные в последние годы NASA летные испытания модификации самолета DHC-8A «Буффало» фирмы «Де Хэвилленд Канада», снабженного реактивными закрылками (данные летных испытаний которого значительно отличались от результатов аэродинамических расчетов и продувок). При создании эжекторной системы были использованы исследования фирмы «Локхид», на опытном самолете которой XV-4A «Хаммингбёд» («Колибри»), совершившем первый полет в 1962 г., подъемная сила создавалась в результате эжекции воздуха струей газов от двух турбореактивных двигателей. Однако аэродинамика этого самолета была другой, так как эжекторы, находящиеся в средней части фюзеляжа, не влияли на обтекание крыла и горизонтального оперения и не использовались для управления самолетом.

Согласно опубликованным данным, этот самолет имеет следующие преимущества: -схема «утка» с крылом и горизонтальным оперением, снабженными эжекторами, позволяет развивать во время вертикального взлета и посадки большую подъемную силу;

– наличие общей системы управления подъемной силой, тягой двигателя и самолетом обеспечивает простоту перехода из режима висения в горизонтальный полет с М-2;

– габариты двигателя составляют менее 2/3 габаритов использованных ранее подъемных двигателей;

– большое значение коэффициента подъемной силы в области задней кромки крыла и оперения, благоприятный характер обтекания (от действия эжекторов) на верхней поверхности крыла на переходных режимах полета;

– очень короткий разбег, что позволяет повысить грузоподъемность;

– использование щитков эжекторов как управляющих поверхностей и аэродинамических тормозов, что способствует уменьшению массы самолета и упрощает продольное управление;

– путевая устойчивость и управляемость благодаря большой поверхности тормозных щитков и стабилизаторов близка к аналогичным параметрам современных самолетов классической схемы.

Кроме специфической системы двигательной установки самолеты ВВП характеризует еще одна отличительная черта, а именно необходимость дополнять схему аэродинамического управления другими устройствами, обеспечивающими управляемость самолета при полете с малой поступательной скоростью. В самолетах «Мираж», например, применена струйная система управления с 10 соплами, через которые под давлением выпускается воздух, создавая реактивную силу регулируемой величины. Воздух забирается из компрессоров подъемных двигателей и направляется по специальным каналам в сопла, которые находятся в передней и задней частях фюзеляжа (управление по тангажу), на концах крыла (управление креном) и с двух сторон киля (управление рысканием).

В самолете YJ-101C тяга двигателей регулируется. Ручка управления соединена непосредственно с рычагом газа двигателей, поэтому при зависании высота регулируется изменением тяги всех двигателей. Необходимые углы крена или атаки достигаются дифференциальным изменением тяги двигателей при отклонении ручки управления в соответствующую сторону. Продольное управление осуществляется увеличением тяги двигателей в гондолах и одновременно уменьшением тяги фюзеляжных двигателей или наоборот. Поперечное управление производится путем дифференциального изменения тяги двигателей в гондолах (при этом изменение тяги фюзеляжных двигателей не имеет значения). Путевое управление обеспечивается с помощью педалей, осуществляющих поворот гондол для создания необходимого момента. С целью уменьшить влияние величины тяги на устойчивость самолета применяется система механизмов, изменяющих угловую скорость поворота гондол по закону косинуса; для уменьшения продольного момента от фюзеляжных двигателей (при переходе гондол в горизонтальное положение) производится уменьшение их тяги по синусу угла поворота гондол.

Принятая схема обеспечивает автоматический переход самолета из режима висения в горизонтальный полет. При достижении высоты 25-30 м нажатие кнопки на рычаге газа приводит в движение систему поворота гондол (вначале со скоростью 2°/с, а через 35-40 с пилот может увеличить ее до 4°/с), что вызывает уменьшение вертикальной и увеличение горизонтальной составляющих тяги. Переход к горизонтальному полету обычно занимает ~ 55 с, самолет за это время пролетает около 1600 м и достигает скорости 70 м/с. При посадке пилот выпускает сначала тормозные щитки, затем шасси и включает оба подъемных (фюзеляжных) двигателя. При переходе гондол в вертикальное положение увеличиваются тяга фюзеляжных двигателей и вертикальная составляющая тяги двигателей в гондолах. Окончательное торможение до нулевой скорости производится путем увеличения угла атаки. Обычно процесс посадки длится ~ 60 с, при этом самолет пролетает расстояние – 2300 м.

Из представленной по необходимости кратко проблемы вертикального взлета и посадки видно, что самолеты ВВП имеют очень сложные двигательную установку и систему управления. Следует при этом напомнить, что максимальная тяга двигателей необходима только во время взлета и посадки, а не на основных этапах полета, для которых предназначается большая часть топлива. Применяемые двигательные и управляющие системы, а также особенности техники пилотирования не только усложняют обслуживание и эксплуатацию, но и требуют повышения уровня обучения летно-технического состава. Несмотря на эти недостатки, самолеты ВВП могут служить важным дополнением к обычным самолетам, так как их появление и развитие являются следствием поисков оптимальных решений задач, продиктованных увеличением диапазона применения авиации. Возобновление исследований сверхзвуковых самолетов ВВП свидетельствует о том, что современный технический уровень достаточно высок для создания надежного, малоуязвимого самолета такого типа с высокими эксплуатационными качествами. Несмотря на высокую стоимость, в некоторых случаях использования самолет ВВП может оказаться наиболее экономичным и универсальным транспортным средством или оружием, нежели обычный самолет или вертолет.

9. Пассажирские самолеты

Проведенные в первой половине 50-х годов летные испытания десятков экспериментальных и военных сверхзвуковых самолетов и двух первых опытных реактивных пассажирских самолетов («Комета» фирмы «Де Хэвилленд» и Ту-104 конструкции А. Н. Туполева), а затем переход к серийному производству некоторых из них свидетельствовали о приближении эры сверхзвуковой пассажирской авиации. Ввод в эксплуатацию в 1956-1959 гг. пяти типов пассажирских самолетов (кроме указанных выше, «Боинг» 707, «Каравелла» фирмы «Сюд авиасьон» и DC-8 фирмы «Дуглас») с крейсерской скоростью около 800 км/ч, а особенно организация регулярных пассажирских трансатлантических рейсов привели не только к заинтересованности проблемой со стороны потенциальных пользователей, но и склонили многих специалистов к мнению о возможности создания к середине 60-х годов сверхзвуковой пассажирской авиации со скоростями полета, соответствующими М = 2.

Эти взгляды основывались на всесторонней (как тогда казалось) оценке технических и финансовых возможностей промы- шленно развитых стран и на анализе тенденций развития пассажирской авиации за период послевоенных 15 лет. Проведенный в конце 50-х-начале 60-х годов анализ показал, что в среднем каждые 5 лет в авиации происходила замена оборудования на новое с более высокими техническими и экономическими показателями, лучшего качества, повышенными комфортом и безопасностью эксплуатации. Однако практика последующих лет существенно скорректировала эти прогнозы, так как и сейчас, после ввода в эксплуатацию самолетов Ту-144 (с декабря 1975 г. грузовые рейсы на линии Москва-Алма- Ата) и «Конкорда» (с января 1976 г. пассажирские рейсы на линиях Париж – Рио-де- Жанейро и Лондон-Бахрейн), гораздо большее внимание уделяется техническому развитию околозвуковых пассажирских самолетов, чем сверхзвуковых. Это вызвано двумя причинами:

1) Из того факта, что создано несколько десятков типов экспериментальных и военных сверхзвуковых самолетов, еще не следует, что все проблемы авиации, связанные с преодолением очередных «барьеров», уже решены. Эксплуатация пассажирского самолета должна удовлетворять совсем другим требованиям по сравнению с исследовательским или рекордным полетом, которому предшествует длительная подготовка, тем более она отличается от полета военного самолета, на борту которого находится лишь специально подготовленный, обученный и натренированный летчик, снабженный на случай аварии катапультируемым сиденьем и парашютом. Рейсовый пассажирский самолет появляется лишь после решения комплекса дополнительных сложных проблем. Такой самолет должен перевозить пассажиров с определенной скоростью, регулярно и на большие расстояния, без перегрузок, шума, тряски и т. п., т. е. в условиях привычного в обычной жизни комфорта и практически полной безопасности. Это касается также экипажа. Поскольку самолет совершает регулярные полеты, он становится местом повседневной работы экипажа, что требует обеспечения соответствующих условий работы, оказывающих, между прочим, определенное влияние и на безопасность полета. Наконец, пассажирский самолет должен быть экономичным в эксплуатации. С одной стороны, это означает пригодность к эксплуатации на существующих взлетных полосах аэропортов, что требует наличия взлетно-посадочных характеристик, аналогичных характеристикам эксплуатируемых в настоящее время околозвуковых самолетов, а с другой стороны,- необходимость обеспечения длительного срока службы машины (ресурс современных военных сверхзвуковых истребителей составляет порядка 4000-6000 ч полета, а пассажирских самолетов-около 40000 ч) в условиях периодического действия аэродинамических и тепловых нагрузок, связанных с преодолением звукового и теплового барьеров.

Рис. 1.58. Ту-144 (а) конструкции А. Н. Туполева (прототип) и «Конкорд» (б) фирм «Аэроспасьяль» и ВАС.

2) Почти одновременно со сверхзвуковыми самолетами в пассажирской авиации появилось новое поколение широкофюзеляжных самолетов, так называемых аэробусов, с большим количеством пассажирских мест (в настоящее время эксплуатируются самолеты с числом пассажиров 350-500). Поэтому в авиационном транспорте произошла определенная переоценка ценностей, в результате чего на первый план вышли проблемы массовой перевозки пассажиров в комфортных и безопасных условиях, посадки и высадки, размещения багажа, использования возможностей попутной транспортировки грузов, повышения эффективности служб аэропорта и т.п. Все это несколько уменьшило интерес к сверхзвуковым самолетам.

Как следует из опыта проведения сверхзвуковых грузовых и пассажирских рейсов, ввод в эксплуатацию Ту-144 (рис. 1.58,а) и «Конкорда» (рис. 1.586) не потребовал ни существенных изменений в работе наземных служб, ни перестройки аэродромов (единственной трудностью, появляющейся практически всегда при введении в эксплуатацию нового самолета, была необходимость создания соответствующей технической базы, включая подготовку летного и технического персонала).

Однако, в соответствии с прогнозами, стоимость эксплуатации таких самолетов оказалась высокой, что, с учетом значительной стоимости самолета, привело к увеличению цены билета. Из этого можно сделать вывод, что с экономической точки зрения в современных условиях преимущества сверхзвуковой пассажирской авиации минимальны (многие наблюдатели считают, что в отношении «Конкорда» не менее важную роль сыграла, кроме прочего, конкурентная борьба, замаскированная компанией за охрану окружающей среды). Тем не менее сверхзвуковая пассажирская авиация стала реальностью, как естественное проявление закономерностей технического прогресса, в частности, стремления ко все большим скоростям.

История развития

Успешное завершение в 1954 г. в Великобритании работ над сверхзвуковым экспериментальным самолетом F.D.2 утвердило английских специалистов в мнении о целесообразности создания сверхзвукового пассажирского самолета. Учитывая большой объем работ и неизбежно возникающие при этом трудности, правительство Великобритании создало специальный комитет (Super Sonic Transport Aircraft Committee), объединяющий 9 крупнейших авиационных организаций, который должен был провести необходимые исследования. Комитет начал работу в конце 1955 г. и спустя четыре года опубликовал первые рекомендации относительно строительства пассажирского самолета большой дальности и скорости М = 2. В авиационной литературе обсуждались проекты, которые удивляли необычностью и разнообразием форм. Однако, опираясь на исследования самолета F.D.2, англичане выяснили, что наиболее выгодной для сверхзвукового пассажирского самолета SST (Super Sonic Transport) является схема без горизонтального оперения с треугольным крылом. Разработкой проекта такого самолета занялся Бристольский филиал Британской авиационной корпорации ВАС; предварительный проект под названием ВАС 223 был разработан в 1960 г.

Во Франции первые работы над самолетом ATS (Avion de Transport Supersonique) начались в 1956 г.; в 1959 г. три фирмы («Сюд авиасьон», «Нор авиасьон» и «Дассо») начали разработку проекта, который в 1961 г. получил название «Сюпер-Каравелла». Модель этого самолета, разрабатываемого главным образом фирмой «Сюд авиасьон», впервые была показана на Авиационном салоне в Париже в июне 1961 г. Положение дел в СССР по этому вопросу было выяснено только в 1965 г., когда на Авиационном салоне в Париже была выставлена модель самолета Ту-144. Это была сенсация, тем более что официальные представители сообщили о планировании первого полета на 1968 г. Как известно, этот срок был выдержан (полет совершен 31 декабря 1968 г.), благодаря чему Ту-144 стал первым сверхзвуковым пассажирским самолетом.

В США во второй половине 50-х годов несколько фирм независимо начали конструкторские работы, которыми с 1959 г. руководила созданная для этого специальная группа экспертов.

Проведенный в 1960-1961 гг. технико- экономический анализ показал, что стоимость разработки и создания будущего самолета настолько велика, а диапазон на- учно-технических исследований так широк, что они превышают индивидуальные возможности даже таких стран, как Франция или Великобритания. В такой ситуации стало ясно, что необходимо объединение усилий в работе над общим проектом, и 5 октября 1962 г. было подписано соглашение между ВАС и «Сюд авиасьон», к которому 28 ноября присоединились двигательные фирмы «Бристоль-Сиддли» (филиал корпорации «Роллс-Ройс») и SNECMA. На следующий день было подписано соглашение между правительствами Великобритании и Франции, при этом за основу для разработки нового самолета под названием «Конкорд» («Согласие») был принят французский проект «Сюпер-Каравелла» с английскими двигателями «Олимпус».

Для европейских наблюдателей подписание этого соглашения не было неожиданностью, однако в США оно не только встревожило общественное мнение (соображения престижа), но также и (что еще важнее) застало врасплох авиационные фирмы, у которых не было собственной конкретной программы разработки самолета. Реакция правительства США была незамедлительной, и уже в январе 1963 г. начал работать комитет (во главе с вице- президентом США), координирующий программу создания пассажирского самолета с крейсерской скоростью, соответствующей ? = 2,7^3,0, и дальностью не менее 6400 км.

К январю 1964 г. три организации представили эскизные проекты, два из которых были допущены к дальнейшим разработкам (сенсацией оказалось отклонение проекта фирмы «Норт Америкен», разрабатывавшей в то время первый тяжелый сверхзвуковой бомбардировщик ХВ-70А с примерно такой же максимальной скоростью). Впоследствии был отклонен и проект фирмы «Локхид», а разработка поручена фирме «Боинг», которая вначале рассматривала возможность создания самолета изменяемой геометрии (были проведены даже лабораторные испытания некоторых агрегатов самолетов, например соединения подвижных частей крыла с центропланом), а затем самолета классической схемы с треугольным крылом (рис. 1.59). Работы над самолетом были прекращены в 1971 г. на этапе предварительных исследований после постановления сената США о прекращении дальнейших государственных ассигнований (стоимость программы достигла уже 700 млн. долл.).

Проблема разработки американского сверхзвукового пассажирского самолета снова была рассмотрена в 1975 г. фирмой «Макдоннел-Дуглас» (рис. 1.59). Этот факт оказался знаменательным, так как он предшествовал отправке в музей одного из опытных образцов самолета «Конкорд», которому был закрыт доступ в американское (и не только американское) небо («Конкорд» 002 стал экспонатом музея авиации ВМС Великобритании в Эвилтоне в 1976 г.).

Рис. 1.59. Сравнение форм в плане самолетов «Конкорд», SST («Боинг») и AST («Макдоннел- Дуглас»).

В настоящее время «Конкорд» не имеет тех оптимистичных перспектив, которые предвиделись в начале разработки. Рост инфляции и углубление экономического кризиса не позволяют говорить об обширном рынке сбыта таких самолетов, по крайней мере в ближайшее время. Поэтому произведенные огромные затраты окупятся только частично (в 1962-1975 гг. Франция и Великобритания истратили вместе 1200 млн. фунтов стерлингов, т.е. в 7 раз больше, чем предполагалось ранее). Несмотря на это, в обеих странах создание «Конкорда» считается полезной программой, особенно с технической точки зрения. В рамках этой программы созданы новые материалы и технологические процессы, приборы и оборудование, методы производства и производственные мощности.

Конструктивная идея самолета

Уже в начале работ над проектом будущего сверхзвукового пассажирского самолета было выяснено, что в соответствии с требованиями эксплуатации (к пассажирским самолетам, эксплуатировавшимся в то время) эффективность эксплуатации нового самолета определяется следующими условиями :

– его летные данные должны обеспечивать высокую безопасность полета;

– самолет должен быть приспособлен к существующему оборудованию аэропортов и радионавигационному обслуживанию;

– стоимость эксплуатации и авиабилетов должна не более чем на 10% превышать соответствующие характеристики околозвуковых самолетов.

Перед началом работы над предварительным проектом нового пассажирского самолета задаются, как правило, три параметра-крейсерская скорость, дальность полета и количество пассажиров. Эти параметры определяют тип двигательной установки, требуемое количество топлива, конструкцию самолета, стоимость его агрегатов, необходимое оборудование и т.п., т.е. определяют взлетную массу и затраты на разработку и эксплуатацию самолета. Скорость самолета, который должен заменить эксплуатируемые околозвуковые реактивные самолеты, не может только слегка превышать их скорость (800-1000 км/ч), поскольку она оказалась бы в менее выгодном диапазоне чисел Маха, характеризующихся появлением особенно большого волнового сопротивления. После прохождения этого диапазона начинают сказываться два благоприятных фактора-улучшается аэродинамика самолета и повышается эффективность турбореактивных двигателей. Таким образом, экономически эффективный пассажирский самолет должен летать со скоростью, значительно превышающей скорость звука. Уровень развития современной науки и техники позволяет создать экономичный пассажирский самолет, развивающий скорость до 3000 км/ч. Однако для этого следует решить ряд важных конструкторско-технологических проблем в области скоростей полета, при которых непропорционально быстро растут требования к конструкции самолета и используемым в ней материалам. Это относится прежде всего к повышению температуры при увеличении скорости. Для полетов при ? = 2,5 еще можно использовать апробированные конструкторские решения, технологию и материалы. Говоря конкретно, эти скорости еще допускают применение в конструкции самолета качественных алюминиевых сплавов. При больших скоростях необходимы титановые сплавы и специальные стали с хорошими механическими свойствами при высоких температурах, что потребует изменения хорошо отлаженной современной технологии производства и, как следствие, вызовет рост стоимости и массы самолета.

Рис. 1.60. Зависимость продолжительности полета от дальности для самолетов с разной крейсерской скоростью.

Для англо-французского и советского сверхзвуковых пассажирских самолетов, исходя из технических и экономических соображений, была принята крейсерская скорость несколько больше чем М = 2. В США считали, что европейский проект основан на «старой» технологии и традиционных конструкторских решениях, а потому, располагая предельными техническими возможностями, не имеет перспектив дальнейшего развития. Другими словами, новые самолеты в начале эксплуатации будут иметь максимально возможные летные данные, и уже в 70-х годах (!) их конструкция начнет устаревать. Именно такого рода аргументация послужила обоснованием американского проекта самолета с М = = 3,0, который почти в два раза дороже и потребует в два раза больше времени для разработки, но зато обеспечит возможность после проведения несложных модификаций увеличить крейсерскую скорость без принципиального изменения конструкции. Следует, конечно, учесть, что на решение США повлияли также престижные соображения и опыт, приобретенный при создании и эксплуатации самолетов Х-15 и ХВ-70 и особенно рекордного военного самолета YF-12A, развивающих максимальную скорость более 3000 км/ч. Как упоминалось выше, разработка американского сверхзвукового пассажирского самолета была приостановлена в 1971 г. После возобновления работ в 1975 г. выяснилось, что принципы, лежащие в основе проекта, на данный момент реализовать практически невозможно, и американцы приступили к созданию самолета с крейсерской скоростью М = 2,2.

Пассажира самолета интересует не то, с какой скоростью он летит (пассажир не чувствует скорости независимо от того, равна она 1000 или 3000 км/ч, а преодоление звукового барьера не оказывает на него заметного физиологического влияния), а сколько времени он затратит на передвижение, пользуясь сверхзвуковым самолетом в определенном рейсе. Конечно, увеличение скорости приводит к сокращению времени полета (для пассажира это означает сокращение времени поездки, а для авиатранспортного предприятия – повышение эффективности перевозок), однако это время зависит также от дальности беспосадочного перелета. Эта зависимость показана на рис. 1.60 для самолетов трех типов в предположении, что время выхода на полосу и ожидание взлета составляют 15 мин; разгон и подъем на крейсерскую высоту, а также торможение сверхзвукового самолета перед посадкой занимают в сумме 1000 км дальности. Из рисунка видно, что для дальности 2000 км экономия времени полета с крейсерской скоростью 2125 км/ч по сравнению с околозвуковой составляет 1 ч 15 мин, для дальности 4000 км-2 ч 45 мин, а для дальности 6000 км-более 4 ч. Сокращение времени полета самолета, имеющего скорость ~ 3200 км/ч, по отношению к предыдущему для тех же дальностей составляет соответственно только 10, 25 и 45 мин.

Приведенные выше рассуждения показывают, что самолет, летящий со скоростью, большей, чем, например, «Конкорд», будет иметь определенное преимущество только для относительно малого количества маршрутов. Выигрыш в 45 мин на дальности 6000 км не может оправдать затраты труда и средств. Принимая это во внимание, а также учитывая будущие потребности авиапредприятий, обслуживающих рейсы из Европы на другие континенты, английские и французские специалисты рассчитали, что при выбранной скорости полета минимальная, экономически приемлемая дальность равна 4500 км, а максимальная, ограничиваемая техническими возможностями,-около 6000 км. Однако по мере разработки проекта и создания опытных образцов самолетов дальность была уточнена и составила 4900 км (минимальная с максимальным полезным грузом) и 7215 км (максимальная с максимальным количеством топлива). При этом взлетная масса самолета возросла от первоначальной 130000 до 180000 кг. В СССР наиболее выгодной при полете с экономичной сверхзвуковой скоростью считается дальность 6500 км (для «Конкорда» она составляет 6320 км), а в США-около 8000 км.

С экономическими вопросами тесно связана также проблема выбора рациональных размеров самолета, которые определяют пассажировместимость. С точки зрения стоимости полета на единицу дальности предпочтительнее большие самолеты с 200 и более пассажирами, однако с учетом стоимости изготовления и наземного обслуживания и других причин, не связанных непосредственно со стоимостью полетной эксплуатации, следует создавать самолеты меньших размеров. В СССР, Франции и Великобритании принято за оптимальное количество 100-108 пассажирских мест первого класса, которые легко можно переоборудовать на 150 мест в туристическом варианте. В США, где планируется строительство около 500 сверхзвуковых пассажирских самолетов, определено, что число пассажиров в таком самолете должно быть не меньше 200, но рассматриваются проекты самолетов и на 218-350 пассажиров.

Удовлетворение поставленным требованиям и обеспечение определенных скорости и дальности полета всегда зависят от того, в какой степени при разработке и изготовлении самолета удается, с одной стороны, минимизировать сопротивление и взлетную массу, а с другой-обеспечить необходимую прочность и тягу двигательной установки при достаточном количестве топлива. Практически летные характеристики самолета определяются первыми двумя параметрами (сопротивлением и массой), а остальные либо являются производными от них, либо влияют на них тем или иным образом.

Теоретические исследования показали, что коэффициент сопротивления сверхзвукового пассажирского самолета должен быть в ~ 3 раза меньше по сравнению с типичным значением этой величины для околозвукового самолета. Это связано как с выбором соответствующей аэродинамической схемы самолета, так и с определением оптимальных для заданной крейсерской скорости форм элементов самолета и характеристик профилей. Некоторые проблемы такого рода упоминались в предыдущих главах. К пассажирским самолетам не предъявляются требования высокой маневренности; они должны иметь оптимальные характеристики в полете с постоянной скоростью, и при их проектировании основное внимание уделяется обеспечению максимального аэродинамического качества на крейсерском режиме. От аэродинамического качества самолета непосредственно зависит либо дальность полета при заданном запасе топлива, либо требуемое количество топлива и взлетная масса самолета для фиксированной дальности. Аэродинамическое качество равно отношению подъемной силы к силе сопротивления; его значение можно увеличить, например, уменьшая максимальную площадь поперечного сечения несущих поверхностей или поверхность, обтекаемую воздушным потоком, либо снижая значение так называемого балансировочного сопротивления.

Рис. 1.61. Аэродинамическое парирование продольного момента.

Первый способ связан с выбором профилей малой относительной толщины. Хотя тонкие профили и имеют пониженные несущие свойства, им одновременно присуще очень малое сопротивление. Их применение повышает аэродинамическое качество самолета и снижает требования к двигательной установке. Например, уменьшение относительной толщины профиля крыла с 4 до 2,5% дает прирост качества примерно на 5%. Для реализации преимуществ тонких профилей без увеличения массы конструкции самолета необходимо использовать треугольное крыло малого удлинения. Малый размах такого крыла способствует значительному уменьшению изгибающего момента, а большая строительная высота в корневом сечении позволяет создать значительное расстояние между силовыми элементами, что приводит к преобразованию изгибающего момента в пару осевых сил небольшой величины. Такие свойства треугольного крыла делают его редким примером удовлетворения противоположным требованиям аэродинамики больших скоростей и прочности конструкции. Второй способ, по-видимому, более прост, поскольку уменьшение поверхности, обтекаемой воздушным потоком, обеспечивается в основном выбором фюзеляжа с минимально необходимым объемом и поперечным сечением. Полная поверхность самолета зависит от аэродинамической схемы, и в частности от наличия или отсутствия горизонтального оперения. Это влияет также на величину балансировочного сопротивления.

В гл. 2 и 4 показано, что одним из самых неблагоприятных факторов перехода от дозвуковой к сверхзвуковой скорости является перемещение центра давления (ц. д.) крыла назад при практически постоянном положении центра тяжести (ц. т.) самолета. Расстояние между ними определяет плечо действия аэродинамической силы крыла Pzs .

При увеличении расстояния между ц. д. и ц. т. возникает продольный момент, переводящий самолет в пикирование (рис. 1.61). Для предотвращения этого необходимо уравновесить продольный момент силой PZH , создаваемой на управляющих поверхностях горизонтального оперения. Требуемая величина силы PZH зависит от плеча, на котором она приложена, т. е. от выбранной аэродинамической схемы самолета. В самолетах классической схемы на дозвуковой скорости отношение PZ h/Pzs обычно составляет 0,03-0,05, а на сверхзвуковой возрастает до 0,15-0,20. Это означает, что для балансировки самолета при полете на сверхзвуковых скоростях необходимо увеличение аэродинамической силы оперения в 4-5 раз. Поскольку рост этой силы обеспечивается увеличением угла отклонения оперения, такая балансировка самолета связана со значительным увеличением сопротивления. Эта часть аэродинамического сопротивления самолета, называемая балансировочным сопротивлением, непосредственно влияет на изменение аэродинамического качества. В самолетах без горизонтального оперения парирование продольного момента производится отклонением элевонов. Центр давления у такого самолета перемещается значительно меньше, однако из-за малого расстояния от центра тяжести элевоны должны отклоняться на больший угол.

Рост балансировочного сопротивления вызывает среди прочего увеличение расхода топлива, и проблема решается как ограничением перемещения центра давления, так и перемещением по мере необходимости в том же направлении центра тяжести.

Рис. 1.62. Изменение относительного положения центра давления самолетов с оживальным (готическим) и треугольным крылом в зависимости от числа Маха.

Внизу слева показана поверхность средних линий профилей крыла.

1-4-запас статической продольной устойчивости самолета, имеющего соответствующую схему. Цифра 3 характеризует изменение устойчивости самолета с готическим крылом.

Эти меры применимы независимо от выбранной аэродинамической схемы.

В европейских проектах сверхзвукового пассажирского самолета требование минимального аэродинамического сопротивления удовлетворяется наиболее рациональным образом в самолете с треугольным крылом без горизонтального оперения и с четырьмя двигателями, расположенными в двух гондолах под крылом. Наиболее характерным для этих проектов является применение готического крыла и тонкого фюзеляжа S-образной формы с отклоняемой вниз передней частью. В американских проектах самолет имеет также четыре двигателя, но каждый из них располагается в отдельной гондоле. Рассматривалась также возможность создания самолета изменяемой геометрии и самолета с неподвижным крылом. При этом рассматривалось только треугольное крыло с переменной стреловидностью по передней кромке. [В случае неподвижного крыла подвергались анализу самолет классической схемы и самолет без горизонтального оперения («бесхвостка»).] Окончательный проект фирмы «Макдоннел-Дуглас» предусматривает создание самолета по классической схеме, имеющего треугольное крыло с наплывом. В проектах самолетов Ту-144 и «Конкорд» готическое крыло способствует уменьшению перемещения центра давления при изменении скорости полета, а балансировочные топливные баки позволяют перемещать в том же направлении и центр тяжести.

В чем преимущество готических крыльев? Теоретически можно считать, что готическое крыло состоит из двух крыльев (поверхностей). При малых скоростях полета работает основная треугольная поверхность с закругленными концами. Дополнительная передняя часть (наплыв) очень малого удлинения и большой стреловидности в таких условиях практически не создает подъемной силы. Только при больших сверхзвуковых скоростях ее эффективность резко возрастает, так что возникающая на ней подъемная сила компенсирует смещение назад центра давления основной треугольной части крыла. Взаимодействие этих двух частей крыла во время полета позволяет существенно уменьшить перемещение центра давления при переходе от дозвуковой к сверхзвуковой скорости полета (рис. 1.62). Поэтому самолет с готическим крылом имеет более высокие аэродинамические характеристики по сравнению с самолетом, имеющим треугольное крыло, которое более чувствительно к перемещению центра давления и поэтому требует применения конструктивных и аэродинамических решений, приводящих к росту массы самолета и усложнению его конструкции. Это полезное свойство готических крыльев может быть увеличено с помощью изгиба средней линии поперечных сечений. Благодаря такому профилированию крыла на нем возникают силы, которые компенсируют при неотклоненных элевонах продольный момент, возникающий в некотором диапазоне скорости полета. Крылья с искривленной срединной поверхностью и переменной стреловидностью передней кромки значительно увеличивают аэродинамическое качество самолета по сравнению с крыльями, применявшимися до сих пор. Деформированное таким образом готическое крыло обеспечивает самолету на крейсерской скорости характеристики сверхзвукового самолета, а при взлете и посадке-характеристики дозвукового самолета.

Рис. 1.63. Опытный самолет ВАС 221 фирмы «Бритиш эркрафт корпорейшн».

Например, в самолете «Конкорд» на сверхзвуковой скорости аэродинамическое качество равно 7,5-8, на дозвуковой 13-14, т.е. приблизительно такое же, как у современных дозвуковых самолетов. Во время посадки качество уменьшается до 4. Хорошие характеристики в дозвуковом диапазоне имеет Ту-144, у которого в передней части фюзеляжа расположена дополнительная убираемая несущая поверхность. С целью изучения свойств готических крыльев были построены опытные самолеты ВАС 221 (рис. 1.63) и «Аналог» 144.

Дополнительное уменьшение сопротивления достигнуто благодаря применению фюзеляжа с большим удлинением пере- ¦ дней части и скрытым фонарем кабины. Для управления самолетом необходима хорошая видимость (особенно при взлете и посадке), поэтому в созданных и проектируемых сверхзвуковых пассажирских самолетах предусмотрено отклонение вниз передней части фюзеляжа. Во время полета эта часть фюзеляжа поднята, что обеспечивает малое сопротивление, но ограничивает видимость через небольшие иллюминаторы. При опущенной передней части во время взлета (у «Конкорда» на угол 5°) и посадки (17,5°) обеспечивается хорошая видимость взлетной полосы. Как в советском, так и в англо-французском проекте большое внимание уделяется качеству внешней поверхности самолета, которая выполняется обтекаемой (без каких-либо выступающих частей и узлов) благодаря применению в конструкции панелей, изготовляемых методами химической и механической обработки из металлических плит большого размера. Во-первых, это привело к уменьшению сопротивления трения, а во- вторых, повысило стойкость в отношении температурных напряжений, возникающих от циклического неравномерного повышения температуры поверхности до 130°С и последующего охлаждения до температуры окружающей среды.

С аналогичной целью было проведено исследование различных вариантов размещения двигательной установки и формы гондол двигателей; при этом дополнительное сопротивление от интерференции гондолы и крыла может быть использовано как фактор, благоприятно влияющий на подъемную силу самолета. Известно, что одиночная гондола двигателя, установленная непосредственно под крылом или на пилоне, создает собственное большое сопротивление из-за значительного увеличения поверхности (особенно для гондол двигателей с форсажными камерами) и площади поперечного сечения и, кроме того, из-за вредного взаимного влияния гондолы и крыла.

Рис. 1.64. Расположение баков и последовательность перекачивания топлива в зависимости от режима полета самолета «Конкорд».

а-переход от дозвуковой к сверхзвуковой скорости; б-торможение; в-последняя стадия торможения и переход к дозвуковой скорости; г-перекачивание топлива из балансировочных баков.

В самолетах «Конкорд» и Ту-144 (серийный вариант) двигатели помещаются парами в двух плоских гондолах, сдвинутых к задней кромке крыла, благодаря чему достигнуто уменьшение сопротивления, повышающее качество самолета примерно на 10%. Этот эффект объясняется двумя факторами. Один из них состоит в том, что перемещение двигателей назад, за максимальную толщину профиля крыла, значительно улучшает характер распределения площади поперечного сечения вдоль оси самолета. При этом максимальная площадь поперечного сечения уменьшается настолько, что ее отношение к площади несущей поверхности составляет ~ 4% (у околозвуковых самолетов она равна примерно 10%). Второй фактор связан с выбором формы воздухозаборников; исходящие от них косые скачки должны соответствовать форме крыла в плане. Благодаря этому на крейсерском режиме нижняя поверхность крыла находится под действием скачков уплотнения, повышающих давление, что увеличивает подъемную силу самолета. Поэтому для получения необходимой подъемной силы нужен меньший угол атаки, в результате чего уменьшается лобовое сопротивление самолета и возрастает его качество.

Характерной чертой советского и англо-французского сверхзвуковых пассажирских самолетов является также использование топлива (масса которого составляет ~ 50% взлетной массы самолета) для охлаждения самолета и для перемещения его центра тяжести при переходе от дозвуковых к сверхзвуковым скоростям полета. Эту особенность можно проиллюстрировать на примере самолета «Конкорд» (рис. 1.64), в крыльях и фюзеляже которого размещено 17 топливных баков объемом 117285 л. Они разделены на три группы: балансировочные баки (4 в околофюзеляжной части крыла, имеющей максимальную стреловидность, и 1 в задней части фюзеляжа), резервные баки (4 в крыле) и основные баки (6 в крыле и 2 в нижней средней части фюзеляжа).

Разделение внутреннего пространства каждого крыла на семь отдельных топливных емкостей-кессонов требуется для обеспечения по возможности минимальных перемещений центра тяжести самолета в результате расходования топлива и для управления его положением в зависимости от условий полета. На взлете, подъеме и околозвуковом полете передние балансировочные баки заполнены целиком, а задний бак пуст. При переходе от дозвуковых к сверхзвуковым скоростям полета топливо из передних баков перекачивается в задний бак. В результате центр тяжести самолета перемещается назад, т. е. движется вслед за центром давления. При переходе от сверхзвуковых к дозвуковым скоростям полета топливо перекачивается в обратном направлении. В зависимости от времени полета (количества израсходованного топлива) из балансировочных баков топливо может перекачиваться в основные баки. Количество перекачиваемого топлива контролируется бортинженером.

10. Аварийно-спасательные средства сверхзвуковых самолетов

Аварийные ситуации в современной авиации возникают достаточно редко, прежде всего благодаря высокой надежности летательных аппаратов, хорошей подготовке экипажей и тщательной работе наземных технических служб. Несмотря на это, иногда происходят аварии самолетов, например, вследствие отказа силовой установки, нехватки топлива, возникновения пожара на самолете, неисправности системы управления, потери пилотом ориентации в пространстве, из-за исключительно неблагоприятных метеорологических условий и т.п. Кроме того, военные самолеты постоянно подвергаются опасности оказаться в аварийной ситуации в результате действий противника.

К наиболее неблагоприятным относятся быстротечные аварии, когда время, которым располагает экипаж для того, чтобы покинуть самолет или произвести вынужденную посадку, невелико. Поэтому спасательные средства экипажей военных самолетов должны обеспечивать безопасность не только в любой ситуации, но и в любой момент времени.

В первом двадцатилетии развития авиации экипаж практически не располагал каким-либо спасательным средством, позволяющим покидать самолет в воздухе. Во втором двадцатилетии единственным средством такого рода был парашют. В случае аварии летчик покидал самолет таким образом: отстегивал ремни, удерживающие его в кресле, открывал фонарь, выходил из кабины и прыгал с крыла. После непродолжительного свободного падения летчик открывал парашют и приземлялся. С ростом скорости и высоты полета такой способ становился непригодным по многим причинам.

Во-первых, с увеличением скорости полета значительно возрастает сила аэродинамического сопротивления. Например, при скорости полета ~ 600 км/ч на тело летчика, высунувшегося только наполовину из кабины самолета, действует сила около 4,4 кН (450 кГ). Величина силы пропорциональна квадрату скорости, поэтому повышение скорости, например, до 1200 км/ч приводит к четырехкратному увеличению силы без учета дополнительного волнового сопротивления. В таких условиях выход из кабины самолета превышает физические возможности человека.

Вторым фактором, затрудняющим покидание самолета с парашютом, является большое различие между скоростью самолета и резко уменьшающейся скоростью парашютиста в результате торможения набегающим потоком. Поток подхватывает парашютиста и быстро уносит назад, что грозит столкновением с хвостовым оперением или другими частями самолета.

Третья опасность кроется в неблагоприятном действии воздушного потока большой скорости на незащищенные участки тела, вызывающем повреждение внешних и внутренних органов и т.п.

Другие опасности связаны с необходимостью покидать самолет на очень большой или очень малой высоте. В первом случае возникает неблагоприятное действие на человека очень низких атмосферного давления и температуры, вследствие чего возникает кислородное голодание и нарушается тепловое равновесие организма. На малой высоте, особенно при движении самолета по земле (или палубе корабля), не хватает промежутка времени и расстояния для раскрытия и наполнения купола парашюта, т. е. для уменьшения скорости падения до допустимой величины.

Практически установлено, что покидать с парашютом самолет, летящий со скоростью более 600 км/ч на высоте, меньшей 300 м, без специальных средств небезопасно или просто невозможно с учетом физических данных человека. По этой причине конструкторы разработали специальные технические средства, позволяющие покидать около- и сверхзвуковые самолеты в любых условиях и на любых этапах полета, т.е. во всем используемом диапазоне скоростей и высот.

Первым средством такого рода являлось выбрасываемое сиденье, позволяющее летчику покидать самолет с помощью катапультирования. Первые применявшиеся катапультируемые сиденья обеспечивали возможность безопасно покидать самолет только при ограниченной скорости и высоте, поэтому для сверхзвуковых самолетов было создано более сложное оборудование. К нему относятся спасательные капсулы и отделяемые кабины, в которых можно покидать самолет, сохраняя безопасность в любых условиях полета. Они нашли применение исключительно в сверхзвуковых самолетах.

Катапультируемое сиденье

Катапультируемое сиденье по сравнению с обычным, неподвижно закрепленным в самолете снабжено направляющими и приводом, позволяющим выбрасывать сидящего человека (вместе с сиденьем) на определенную высоту над траекторией полета самолета. В первых устройствах такого рода движение вдоль направляющих происходило под действием сжатых газов, подаваемых в цилиндр (скрепленный с самолетом), которые, действуя на поршень (скрепленный с сиденьем), придавали сиденью и летчику определенную скорость относительно самолета.

После катапультирования сиденье с летчиком движется по траектории, форма которой зависит от скорости полета самолета в момент катапультирования, скорости катапультирования сиденья, а также катапультируемой массы (сиденье с летчиком) и ее аэродинамических характеристик. Параметры конструкции кресла и его привода должны обеспечивать после катапультирования скорость движения, достаточную для того, чтобы миновать заднюю часть самолета на безопасном расстоянии. Высота катапультирования уменьшается с увеличением скорости полета и возрастает с увеличением начальной скорости катапультирования. Скорость катапультирования зависит от величины хода поршня в цилиндре, характеристик катапульты и допустимого значения перегрузки, действующей на человека.

Ограниченные габариты кабины экипажа и, следовательно, небольшой допустимый ход поршня повлияли на то, что первые катапульты снабжались приводом (обычно это был пороховой заряд, реже баллон сжатого воздуха), который на коротком промежутке пути сообщал человеку перегрузку 18-20, т.е. максимально допустимую с физиологической точки зрения. С помощью сидений такого типа можно было безопасно покидать самолет, летящий со скоростью, не превышающей 900-1100 км/ч. Авария на самолете, летящем с большей скоростью, требовала от экипажа уменьшения ее до такой, при которой можно безопасно покидать кабину. Случаи, в которых это было невозможно из-за повреждения самолета, могли закончиться трагически.

В 1955 г. произошли две аварии, которые снова обратили внимание на проблему покидания самолета, летящего со сверхзвуковой скоростью. В обоих случаях катапультирование произошло во время крутого пикирующего полета с возрастающей скоростью, причиной которого явилась потеря управляемости, вызванная аэродинамической блокировкой руля высоты. В первом из них пилот X. Молланд катапультировался на высоте около 7,5 км из околозвукового самолета «Хантер» фирмы «Хоукер», летевшего со скоростью 1140-1230 км/ч (что соответствует М = 1,0-1,1). Было установлено, что пилот правой рукой нажал рычаг сброса фонаря, левой же схватился за лицевой щиток, приводя в движение механизм катапультирования. После открытия фонаря пилоту не удалось правой рукой схватиться за лицевой щиток, и потоком воздуха щиток был сдвинут назад. От удара о спинку кресла щиток сломался. Уже после покидания кабины воздушный поток сорвал с пилота перчатки, шлемофон и кислородную маску, а первый удар потока в лицо вызвал появление синяков под глазами.

Второй случай катапультирования при полете со сверхзвуковой скоростью произошел в значительно более трудных условиях на самолете F-100A, который пилотировал профессиональный летчик-испытатель Г. Смит. Во время разгона до максимальной скорости на высоте 11 300 м с включенной форсажной камерой самолет вошел в пикирование, из которого пилот не мог его вывести. В момент аварии самолет находился в крутом пикировании со скоростью полета 1300 км/ч ц скоростью падения 350 м/с.

Рис. 1.65. Несколько этапов катапультирования из самолета F-8A с помощью сиденья, имеющего телескопический выталкивающий механизм. На фотоснимке вверху справа видна штанга механизма, выступающая из кабины.

Смит отдавал себе отчет в том, что катапультирование на такой скорости небезопасно, однако он решил воспользоваться этой последней возможностью спасения. Закрыв щиток своего шлема, он уменьшил обороты двигателя и выпустил тормозные щитки. Растерявшись, Смит не поставил ноги на подножку кресла и не занял позиции, соответствующей катапультированию; открыв фонарь, он мгновенно был оглушен шумом воздушного потока. Не владея собой, левой рукой Смит продолжал держать ручку газа, а правой также безотчетно нажал рычаг катапультирования (это происходило на высоте около 2000 м). В следующее мгновение он потерял' сознание и пришел в себя только через несколько дней. Позднее было установлено, что в момент катапультирования скорость полета составляла около 1250 км/ч; таким образом, на пилота, покинувшего кабину, действовала тормозящая сила сопротивления воздуха, создавая отрицательную перегрузку около 40 и динамическое давление порядка 600 кПа. Воздушный поток сорвал с пилота ботинки, носки, шлем, кислородную маску и перчатки, а также кольцо и наручные часы, разорвал нос, губы и веки. Все тело имело сильные ушибы, а внутренние органы, особенно сердце и печень, повреждены. Желудок и легкие до такой степени были наполнены воздухом, что находившийся без сознания Смит плавал по поверхности моря до тех пор, пока его не выловил экипаж моторной лодки, оказавшийся случайным свидетелем всего происшествия.

Вследствие проведенных исследований конструкция катапультируемого кресла претерпела существенные изменения, благодаря которым сначала была повышена безопасность покидания самолета, летящего с большой скоростью, а затем-безопасность при взлете и посадке. К наиболее важным конструктивным усовершенствованиям относятся:

– совмещение в одном рычаге откидывания фонаря и катапультирования с одновременным автоматическим фиксированием ног и рук в необходимом положении. В креслах первоначальной конструкции катапультирование наступало после натягивания на лицо обеими руками матерчатого предохранителя, а после введения шлемов со щитками из органического стекла-нажатием рычага, расположенного в подлокотнике кресла или между бедрами. В новых катапультируемых креслах пилот выполняет только одно действие-подает команду исполнительному механизму, который притягивает ноги к креслу и фиксирует их, прижимает локти к туловищу, выбирает зазоры в ремнях, удерживающих пилота в кресле, фиксирует голову и сбрасывает фонарь (или открывает аварийный люк), а через 1-2 с приводит в действие катапульту;

Рис. 1.66. Катапультирование с помощью кресла с ракетным двигателем «Эскапак» II фирмы «Дуглас».

– применение автоматического выпуска стабилизирующего парашюта, отделения пилота от кресла (расстегивание ремней и отбрасывание кресла), раскрытие спасательного парашюта и регулирование запаздывания исполнительных механизмов, которые обеспечивают как можно более быстрое прохождение больших высот (без превышения предельного перепада давления, безопасного для организма) и как можно более быстрое наполнение купола парашюта во время падения с малых высот; этими действиями управляет таймерно-анероидный автомат, а быстрое наполнение парашюта на малой высоте осуществляется системой небольших пирозарядов, выбрасывающих парашют из оболочки и раскрывающих его купол;

– применение телескопических и многозарядных выталкивающих механизмов, удлиняющих время действия ускорения и соответствующий путь катапультируемого кресла, благодаря чему начальная скорость кресла ограничивается величиной 20-24 м/с, а высота его подъема увеличивается до 25-28 м при перегрузке 18-20 (рис. 1.65).

Выталкивающий механизм такого типа позволяет покинуть самолет, летящий с большой скоростью на малой высоте, однако его невозможно использовать во время аварии на взлете или посадке. Эта проблема была решена с помощью дополнительного ракетного двигателя, который удлиняет активный участок траектории полета катапультируемого кресла при перегрузках, допустимых для организма человека. Катапультирование в таком кресле можно разделить на два этапа. На первом происходит обычный процесс катапультирования, а на втором включается ракетный двигатель тягой 20-30 кН, который, действуя уже вне кабины самолета, за несколько десятых долей секунды поднимает кресло на высоту 60-120 м. Такое кресло с ракетным двигателем позволяет покинуть самолет, находящийся на взлетной полосе, и поэтому относится к классу 0-0 (скорость и высота равны нулю).

Кроме средств, позволяющих вынужденно покидать самолет, летящий со сверхзвуковой скоростью, большое внимание уделяется проблеме защиты пилота от действия динамического давления. Из многих рассмотренных решений практическое применение нашел упомянутый выше метод натягивания на лицо полотняной предохранительной маски. Высотные скафандры и специальные шлемы для экипажей самолетов, эксплуатируемых на больших высотах, на сегодняшний день решают проблему защиты тела и лица человека при катапультировании. Не нашли широкого применения другие способы защиты от воздействия потока, которые, в частности, использовали:

– выдвигаемый щиток, выполняющий роль генератора косых скачков уплотнения, образующих конус Маха, внутри которого скорость потока и динамическое давление на 30% меньше, чем снаружи;

– быстрый поворот кресла после катапультирования в горизонтальное положение, с тем чтобы сиденье кресла воспринимало действие динамического давления;

– конструктивно связанную с креслом отъемную часть фонаря кабины, которая во время катапультирования поворачивается таким образом, чтобы закрыть от набегающего потока все кресло вместе с пилотом.

Эти способы могут оказаться эффективными в частных случаях, например при автоматическом катапультировании летчика, находящегося без сознания, из самолета, погружающегося в воду.

Спасательная капсула

Частые аварии и катастрофы первых сверхзвуковых самолетов, невысокая эффективность открытых катапультируемых кресел в экстремальных условиях полета, а также сложность отделения и безопасного возвращения на землю передней части самолета с экипажем привели к появлению в 50-х годах более рациональных закрытых катапультируемых устройств, называемых спасательными капсулами. Во время аварии это устройство по сигналу катапультирования автоматически закрывает человека вместе с креслом специальными щитками и, кроме того, позволяет применять более разнообразное оборудование, повышающее безопасность с момента катапультирования до приземления.

Изучалась возможность использования негерметичных и герметичных капсул. В первом случае капсула защищает человека от воздействия динамического давления, аэродинамического нагрева и частично от перегрузок при торможении (благодаря увеличению массы и уменьшению сопротивления). В свою очередь герметичная капсула позволяет, кроме того, совершать полет без сложного скафандра, затрудняющего движения, и парашюта, а также прочих индивидуальных средств членов экипажа. С учетом этих достоинств практическое применение получили герметические капсулы, обладающие непотопляемостью, что обеспечивает безопасное приводнение.

Первую из известных капсул разработала фирма «Гудьир» для военно-морской авиации США в начале 50-х годов. Однако эта капсула не нашла применения. Затем были созданы капсулы для самолетов В-58 и ХВ-70А. Конструкция этих капсул и приспособлений, служащих для катапультирования, определялась требованием безопасного покидания неисправного самолета в широком диапазоне высот и скоростей полета. Для самолета ХВ-70А такой диапазон скоростей начинается со 150 км/ч (при нулевой высоте) и охватывает скорости вплоть до М = 3 (при этом покинуть самолет, летящий с максимальной скоростью, можно только на высоте, превышающей 2100 м). Подробных данных о самолете В-58 не опубликовано, однако известно, что во время наземных испытаний капсула поднималась на высоту 75 м, что при использовании быстро раскрывающегося парашюта обеспечивает высокий уровень безопасности приземления.

Автоматическое оборудование, примененное, например, в капсуле самолета В-58, осуществляет подготовку к катапультированию, само катапультирование и приземление. Подготовка к катапультированию в этой капсуле включает придание телу человека определенного положения, закрытие капсулы и ее герметизацию. Механизм катапультирования приводится в движение с помощью одного из двух рычагов, расположенных на подлокотниках кресла. После этого зажигается пороховой заряд, газы которого попадают в два привода; один из них подтягивает и фиксирует ноги, другой отодвигает туловище назад и стабилизирует положение головы. После этих операций пороховые газы проникают в механизм герметичного закрывания капсулы. Длительность этих операций составляет около одной секунды, после чего осуществляется герметизация кабины и создается давление, соответствующее высоте 5000 м, что занимает еще 2-3 с. Закрытие капсулы вызывает срабатывание нескольких концевых выключателей электрических цепей. Цепь аварийной сигнализации закрытия капсулы передает сигнал остальным членам экипажа о принятии решения на катапультирование. Другая цепь включает средства связи, передающие сигналы об аварии. После закрытия капсулы пилот сохраняет возможность управления самолетом, так как штурвал остается в своем нормальном положении внутри капсулы, а ее обтекатель имеет иллюминатор, через который можно наблюдать за показаниями приборов и частью оборудования кабины. Такая конструкция позволяет осуществить (если авария не имеет катастрофического характера) снижение, изменение направления полета и даже открытие капсулы с сохранением возможности ее повторной герметизации. Система катапультирования не зависит от подготовительных операций, поэтому сам процесс катапультирования капсулы может быть произведен и в случае их невыполнения, например при поломке или отказе устройств, обеспечивающих выполнение подготовительных операций.

Рис. 1.67. Спасательная капсула самолета В-58.

Процесс катапультирования основан на принципе, использованном в катапультируемых сиденьях, оборудованных ракетными двигателями, запускаемыми с помощью вспомогательной системы. Нажатие рычага катапультирования приводит к воспламенению порохового заряда. Выделяющиеся при этом газы сбрасывают обтекатель кабины, и по истечении 0,3 с происходит запуск ракетного двигателя. Во время движения капсулы вверх происходит воспламенение другого порохового заряда, выбрасывающего наружу стабилизирующий парашют, который после отделения капсулы от самолета инициирует раскрытие на ее поверхности щитков-стабилизаторов. Движение капсулы по направляющим катапульты сопровождается отделением от нее элементов управления и систем, связанных с самолетом, а также включением внутренней аппаратуры жизнеобеспечения.

Кроме того, происходит включение внутри капсулы таймерно-анероидных автоматов, которые после уменьшения высоты и скорости полета капсулы до безопасных значений вызывают открытие спасательного парашюта и выполнение всех надлежащих операций, в том числе наполнение амортизирующих резиновых подушек, смягчающих удар при приземлении или приводнении капсулы. В случае приводнения осуществляется наполнение дополнительных поплавковых камер, увеличивающих плавучесть и устойчивость капсулы на неспокойной поверхности воды. Во время плавания капсула может находиться как в открытом, так и закрытом состоянии. Если в случае волнения водной поверхности капсула должна быть закрыта, то осуществляется подключение шланга кислородной маски к клапану системы дыхания атмосферным воздухом. Несколько иную конструкцию имела капсула, примененная на самолете ХВ-70А. Она была оборудована обтекателем, состоящим из двух частей, а угол наклона кресла мог изменяться (рис. 1.68). Стабилизацию положения капсулы в полете обеспечивали два цилиндрических кронштейна телескопического типа, выдвигаемые через 0,1 с после катапультирования. Длина кронштейнов в расправленном положении составляла 3 м. Концы кронштейнов были снабжены стабилизирующими парашютами, которые раскрывались через 1,5 с после катапультирования. Силовая установка капсулы позволяла осуществить ее выброс на высоту до 85 м. Во время наземных испытаний собственная масса капсулы составляла 220 кг, а место испытателя было заполнено 90-килограммовым балластом. Безопасное снижение происходило с помощью спасательного парашюта, имеющего диаметр купола 11 м, а приземление или приводнение осуществлялось с помощью амортизатора в виде резиновой подушки, наполняющегося газом во время снижения.

Рис. 1.68. Спасательная капсула самолета ХВ-70А.

Применение капсул такого типа обеспечивает возможность работы экипажа из двух человек в общей кабине вентиляционного типа, такой же, какая обычно используется на транспортных самолетах. Внутри капсулы, под сиденьем, размещается набор предметов первой необходимости, в состав которого, кроме всего прочего, входят: передающая радиостанция, высылающая сигналы для определения местоположения капсулы, и оборудование, необходимое для обеспечения жизнедеятельности в тропических и арктических условиях (в том числе удочка, ружье, вода, продовольствие и т.п.).

Отделяемая кабина

Основной предпосылкой разработки отделяемой кабины являлось стремление к повышению степени безопасности полетов, поскольку считалось, что отделение кабины от самолета при любых условиях и режимах полета будет для экипажа более легким и удобным процессом, осуществляемым, возможно, быстрее, чем при использовании катапультируемых сидений или капсул. Такая кабина должна быть устойчивой в полете и обеспечивать меньшие перегрузки.

В зависимости от принятой конструктивной идеи кабины уменьшение перегрузки может быть достигнуто либо посредством увеличения отношения массы кабины к ее аэродинамическому сопротивлению, либо путем использования ракетных двигателей, противодействующих резкой потере скорости при отделении кабины.

Практическое использование аварийной системы покидания самолета с помощью отделяемой кабины является более сложным мероприятием по сравнению с рассмотренными выше, поскольку требует решения ряда дополнительных проблем. К ним относится, в частности, проблема разъединения в доли секунды большого количества проводов и механических связей бортовых систем, которые в обычных условиях должны удовлетворять требованиям нормального функционирования и высокой надежности. Процесс этот должен происходить не только быстро и надежно, но и без нарушения работы оборудования, расположенного в кабине и обеспечивающего жизнедеятельность экипажа. В теоретических исследованиях и опытно- конструкторских работах изучаются различные варианты принципов построения и конструктивного выполнения кабин в зависимости от их назначения и габаритов, а также технологические возможности, стоимость разработки, производства, эксплуатации и т.п. Иными словами, задача разработки отделяемой кабины обычно рассматривается с точки зрения комплексной пригодности определенного решения для конкретного типа самолета.

Из опубликованных данных следует, что наиболее рациональным решением является такое, в котором осуществляется отделение кабины вместе с носовой частью фюзеляжа (в легких типах самолетов) или вместе с частью фюзеляжа, образующей с кабиной герметизированный легко разъединяемый модуль. Конструктивные решения в обоих вариантах могут также значительно различаться в зависимости от принятого способа приземления. Так, может быть предусмотрена посадка кабины на сушу или на воду либо экипаж должен покидать кабину (например, путем автоматического вытягивания кресел экипажа с помощью парашютов) после ее снижения до определенной высоты.

На начальном этапе развития сверхзвуковой авиации практическое применение нашел вариант отделяемой кабины, покидаемой экипажем на определенной высоте. Так как основным недостатком такого решения являлась низкая надежность на малой высоте (ввиду недостатка времени, необходимого для выполнения всех операций по покиданию кабины и наполнения купола парашюта) и полная непригодность в предельных условиях (при нулевой скорости и высоте), позднее рассматривались и строились только цельноприземляемые кабины. Кабины этого типа характеризуются не только высокой безопасностью при покидании самолета на любых режимах полета и значительным сокращением количества индивидуальных средств спасения экипажа, но и возможностью автоматизации всех необходимых действий, оставляя пилоту только выбор момента катапультирования.

Рис. 1.69. Самолет «Тридан» I SNCASO.

Рис. 1.70. Принципиальная схема отделения кабины самолета Х-2.

Первые отделяемые кабины, о которых сообщалось в печати, были применены в самолетах D-558-II, испытанных в 1948 г., и также «Тридан» I и Х-2 (1953 ?.) 1*. В самолете «Тридан», имеющем фюзеляж в виде тела вращения с конусообразной носовой частью, была применена негерметизированная кабина (пилот осуществлял полет в специальном комбинезоне), выполненная заодно с носовой частью фюзеляжа. При разработке было принято, что после отделения от самолета кабина должна опускаться вертикально со стабилизирующим парашютом до определенной высоты, на которой раскрывается основной парашют. Удар о землю должен был амортизироваться передней заостренной частью фюзеляжа. Такого рода аварийная система покидания самолета не нашла последователей, тем более что в следующей модификации самолета («Тридан» II) была применена герметизированная кабина с катапультируемым сиденьем.

В самолете Х-2 также использована кабина, отделяемая вместе с носовой частью фюзеляжа, которая опускалась на парашюте до определенной высоты. Далее пилот покидал ее обычным способом с применением индивидуального парашюта. Принцип отделения кабины от самолета состоял в использовании давления газов, получаемых от взрыва заряда, находящегося в специальной камере за задней стенкой кабины. После взрыва заряда образующиеся газы подводятся с помощью специальных трубопроводов к четырем шкворням, соединяющим кабину со средней частью фюзеляжа (рис. 1.70), и под действием давления газов происходит отделение кабины от остальной части самолета.

В конце 50-х-начале 60-х годов были проведены первые более комплексные исследования отделяемых кабин, в результате чего появились проекты новых конструктивных решений. Во Франции в 1961 г. была запатентована отделяемая кабина, оборудованная надувными резиновыми поплавками, которые являются амортизирующими или удерживающими элементами при посадке на землю или воду. Предполагалось, что в случае аварии электромеханическое устройство отделит кабину от самолета, включит встроенные ракетные двигатели, которые оттолкнут ее от самолета, и раскроет сложенные стабилизаторы, обеспечивающие полет кабины по восходящей траектории. В наивысшей точке траектории, когда вертикальная скорость уменьшится до нуля, предусматривалось раскрытие стабилизирующего парашюта. При достижении снижающейся кабиной определенной высоты должен выпускаться главный парашют, предназначенный для осуществления плавного спуска и приземления.

1* В СССР отделяемой кабиной впервые был оборудован самолет Су-17 в 1949 г.-Прим. ред.

Рис. 1.71. Отделяемая кабина самолета F-111.

В США были разработаны два варианта отделяемых кабин. Фирма «Стэнли авиэйшн» разработала кабину для самолета F-102, а фирма «Локхид»-для самолета F-104. Обе кабины, однако, не нашли практического применения. Кабина самолета F-104 разработана с учетом предохранения экипажа от действия высоких температур и перепадов давления. Она имела конструкцию, выдерживающую большие перегрузки и аэродинамические воздействия, возникающие в процессе катапультирования.

С целью обеспечения стабилизации положения кабины был предусмотрен выпуск перед катапультированием соответствующих поверхностей с большим удлинением. Для отделения кабины от самолета и подъема ее на определенную высоту предполагалось применение твердотопливного ракетного двигателя с тягой около 200 кН и временем работы около 0,5 с. Предусматривалось, что вектор тяги двигателя должен проходить через центр тяжести кабины под углом 35° относительно оси симметрии самолета. Выброс спасательного парашюта должен происходить при достижении скорости 550 км/ч.

Современные отделяемые кабины нашли применение только в двух сверхзвуковых самолетах (F-111 и В-1); первое покидание самолета с такой кабиной было осуществлено в 1967 г. при аварии самолета F-111, во время которой экипаж самолета, состоящий из двух человек, произвел катапультирование на скорости полета 450 км/ч и высоте 9000 м (со скоростью относительно воздуха 730 км/ч) и осуществил благополучное приземление.

Разработка и производство фирмой «Макдоннел» полностью герметизированной двухместной кабины самолета позволили осуществлять полет без специального высотного оборудования и обеспечивали безопасное покидание самолета во всех диапазонах скоростей и высот полета, в том числе при нулевой скорости и под поверхностью воды. В процессе разработки кабины была выполнена обширная исследовательская программа. В частности, были проведены испытания на рельсовом стенде для определения траектории полета при достижимых на земле предельных скоростях, исследование свободного падения кабины с большой высоты с целью определения аэродинамических характеристик, исследования удара кабины с целью разработки системы амортизации, оценки плавучести, ориентации на воде и отсоединения кабины под водой, изучение возможности длительного пребывания экипажа в кабине после приземления в труднодоступной местности в различных климатических и географических условиях, а также исследования прочности, надежности, функционирования и т.п.

Рис. 1.72. Последовательные стадии и траектория снижения кабины самолета F-111 после катапультирования.

Отсоединение кабины происходит после нажатия рычага, расположенного между креслами экипажа. После подачи команды система работает автоматически, причем вначале осуществляется затягивание ремней, пристегивающих экипаж к креслам, включение аварийной дыхательной кислородной системы и осуществление дополнительного наддува кабины. Затем происходит отделение кабины от самолета, разъединение элементов управления и проводов, включение ракетного двигателя. Отделение кабины и разрыв соединений осуществляются посредством взрыва заряда, выполненного в виде шнура, уложенного по контуру соединения модуля кабины с остальной частью фюзеляжа. Силовая установка кабины состоит из твердотопливного ракетного двигателя тягой 177,9 кН (18140 кГ).

В зависимости от высоты и скорости полета относительно воздуха двигатель выбрасывает кабину на высоту 110-600 м над самолетом. В верхней точке траектории полета кабины выбрасываются стабилизирующий парашют и полоски станиоля, облегчающие радиолокационное обнаружение кабины спасательными службами. По истечении 0,6 с после выбрасывания стабилизирующего парашюта прекращается работа двигателя и осуществляется выпуск основного спасательного парашюта с куполом диаметром 21,4 м (парашют этого типа применен в спускаемом модуле космического корабля «Аполлон»). Выброс парашюта, обеспечивающего снижение кабины со скоростью 9-9,5 м/с, происходит с помощью порохового заряда, воспламеняемого по сигналу таймерно-анероидного автомата или акселерометра. На высотах, меньших 4500 м, парашют выбрасывается сразу же, а в полетах со скоростью более 550 км/ч он выбрасывается только после уменьшения осевых перегрузок до величины 2,2. Наполнение купола парашюта происходит в течение 2,5 с, считая от момента натяжения строп. Амортизация удара о землю или воду, а также необходимая плавучесть обеспечиваются расположенными под кабиной резиновыми подушками, наполняющимися в течение 3 с после выброса спасательного парашюта. В случае приводнения кабины дополнительно выпускаются два поплавка, предотвращающие ее переворот. В убранном положении поплавки располагаются в нишах верхней части кабины. Кабина может отсоединяться от фюзеляжа под водой. Это происходит автоматически по сигналу гидростатического датчика после погружения самолета на глубину 4,5 м.

В программе разработки самолета В-1 первоначально предусматривалось применение трехместной отделяемой кабины, аналогичной кабине самолета F-111. Однако значительная стоимость такой кабины, необходимость проведения обширных исследований, сложность конструкции и обслуживания привели к тому, что было принято решение об использовании отделяемых кабин только в первых трех образцах самолета. В последующих же экземплярах стали использовать катапультируемые сиденья, специально разработанные для этого самолета.

11. Конструктивные усовершенствования в сверхзвуковых самолетах

При изложении материала в данной главе будем исходить из принципа, что первый облетанный образец является основой для сравнения всех последующих модификаций самолета. Отметим попутно, что технические решения, примененные в процессе развития сверхзвуковой авиации, в своем большинстве не могут считаться новыми в полном смысле слова. Это связано с тем, что определенная часть таких усовершенствований была впервые применена ранее при создании самолетов с дозвуковыми скоростями полета, в том числе использовавших винтомоторные силовые установки.

Другой использованный принцип состоит в том, что изложение основывается на опубликованных фактах испытаний образцов или модификаций самолетов, в которых применено новое техническое решение, а не на дате разработки летательного аппарата, которая зачастую оказывается неизвестной. В связи с этим может возникнуть ситуация, в которой приоритет изобретения приписывается не его непосредственному создателю, а тому, кто первый (согласно доступной автору книги информации) применил это техническое решение в практике сверхзвуковой авиации. Поэтому вполне возможны некоторые искажения действительного процесса развития сверхзвуковой авиации, которые возникли из-за недостатка сведений об истории создания того или иного самолета или отсутствия официальных дат испытаний, а также технических характеристик некоторых типов самолетов, являвшихся засекреченными или оставшихся на стадии разработки опытного образца. Несмотря на указанные оговорки, приведенный материал с методологической точки зрения можно считать достаточно точным, так как он охватывает наиболее существенные конструктивные усовершенствования в сверхзвуковых самолетах.

Таким образом, цель настоящего изложения заключается не в выявлении любой ценой того, кто, где и когда сделал соответствующее изобретение, а в хронологическом изложении результатов разработки различных конструктивных и аэродинамических решений, применение которых является основой сегодняшнего состояния сверхзвуковой авиации.

1946-9.12. Х-1 фирмы «Белл». Опытный самолет, выполненный по классической схеме. Среднеплан с прямым крылом, снабженным обычными закрылками и элеронами. Фюзеляж круглого сечения. Хвостовое оперение-прямое, нормальной схемы. Для управления закрылками на самолете применена гидравлическая система. Управление элеронами и рулями осуществляется с помощью гидромеханического привода. Самолет имеет четыре степени свободы-по скорости, курсу, крену и тангажу. В качестве силовой установки использован жидкостный ракетный двигатель. Самолет оборудован трехопорным шасси с одиночными колесами, убираемыми в фюзеляж. Старт самолета происходит со специального самолета-носителя.

1948-4.02. D-558-II фирмы «Дуглас». Самолет имеет стреловидное крыло и оперение нормальной схемы. Крыло оборудовано предкрылками и аэродинамическими гребнями. Силовая установка комбинированного типа состоит из турбореактивного и жидкостного ракетного двигателей. Воздухозаборники боковые, нерегулируемые. Самолет снабжен отделяемой кабиной. Старт может быть произведен с земли или с самолета-носителя.

– 27.05. МиГ-19 конструкции А. И. Микояна. Многоцелевой серийный истребитель. Крыло оборудовано выдвижными закрылками. Фюзеляж овально- кругового сечения. Поперечное управление осуществляется с помощью элеронов и интерцепторов, расположенных на нижней поверхности крыла вблизи задней кромки.

Самолет снабжен подфюзеляжным килем, тормозными щитками и тормозным парашютом. В качестве силовой установки использованы два турбореактивных двигателя. Нерегулируемый воздухозаборник лобового типа со скругленной кромкой расположен в носовой части самолета. Главные стойки шасси убираются в консоли крыла.

Рис. 1.73. Конструкция и кинематическая схема системы управления интерцептором на самолете МиГ-19.

1 -интерцептор; 2-скоба навески интерцептора; 3-задний лонжерон крыла; 4-тяга системы управления элерон-интерцептор; 5-ролик тяги; 6-рычаг; 7-узел сочленения; ?-толкатель; 9-ось рычага; 10 -нижняя обшивка крыла; 11 -верхняя обшивка крыла; 12-направляющая.

1952-20.10. Х-3 фирмы «Дуглас». Крылья трапециевидные, малого удлинения с щелевыми закрылками и носовыми щитками. Фюзеляж укороченный с балочным креплением элементов оперения. Управляемый стабилизатор лонжеронной конструкции. Самолет снабжен креслом, катапультируемым вниз. Два турбореактивных двигателя имеют индивидуальные нерегулируемые боковые воздухозаборники.

1953-2.03. «Тридан» I фирмы SNCASO. Истребитель-перехватчик с прямым крылом. Поперечное управление самолетом осуществляется с помощью элеронов. Управляемый дифференциальный стабилизатор установлен с большим отрицательным поперечным V. Плоскости киля и стабилизаторов имеют одинаковую конструкцию и взаимозаменяемы. На самолете применена комбинированная силовая установка, состоящая из одного ракетного и двух турбореактивных двигателей, расположенных в гондолах на концах крыла. Аварийное покидание самолета осуществляется путем отделения кабины вместе с заостренной частью фюзеляжа, выполняющей роль амортизатора при ударе о землю.

– (?). Х-2 фирмы «Белл». Низкоплан со стреловидным крылом. Самолет выполнялся либо с одной главной стойкой шасси, оборудованной лыжей, убираемой в фюзеляж, либо с двумя главными стойками, также снабженными лыжами, убираемыми в крыло. Аварийное покидание самолета осуществляется путем отделения от него кабины вместе с передней частью фюзеляжа. На определенной высоте пилот должен покинуть кабину и осуществить приземление на парашюте обычным способом.

Рис. 1.74. «Супер-Тайгер» XF11F-1F фирмы «Грумман».

– 25.05. F-100 фирмы «Норт Америкен». Поперечное управление осуществляется с помощью двухсекционных независимых элеронов, расположенных вблизи корневого сечения крыла. На самолете использована система с необратимыми гидроусилителями. Вертикальное оперение выполнено с килевым, гребнем. Передняя стойка шасси двухколесная. Главные стойки шасси убираются в крыло и фюзеляж. На самолете применен нерегулируемый воздухозаборник с острыми передними кромками. Были осуществлены пробные старты самолета с катапульты.

– 24.10. F-102 фирмы «Конвэр». Самолет выполнен по схеме «бесхвостка» с треугольным крылом. Поперечное и продольное управление осуществляется с помощью элевонов. На киле самолета установлен дефлектор.

1954-15.01. «Жерфо» фирмы «Нор авиасьон». Самолет выполнен по классической схеме с треугольным крылом и треугольным оперением. Применены дополнительные рули высоты вблизи корневых сечений консолей крыла.

– 9.02. F-104 фирмы «Локхид». Крыло трапециевидное с острыми передней и задней кромками. Механизация крыла состоит из закрылков со сдувом пограничного слоя и носовых щитков с электрическим приводом. Самолет оборудован автоматической электронной системой стабилизации относительно трех главных осей. Воздухозаборники боковые сверхзвуковые с регулируемыми полуконусами.

– 30.07. F-11 фирмы «Грумман» (рис. 1.74). Самолет с грузовым отсеком, предназначенный для эксплуатации с авианосцев. Применено крыло переменной стреловидности по передней кромке. С целью уменьшения занимаемой площади

на стоянке концы консолей крыла выполнены складывающимися. Самолет спроектирован в соответствии с правилом площадей. Поперечное управление осуществляется с помощью элеронов и расположенных на верхней поверхности крыла интерцепторов. Последние используются также при аэродинамическом торможении самолета. Хвостовое оперение выполнено по оригинальной схеме. При малых скоростях полета плоскости стабилизатора неподвижны, и управление осуществляется отклонением рулей высоты. При больших скоростях рули высоты блокируются и их роль выполняет управляемый стабилизатор. Возможна подвеска дополнительных топливных баков, спроектированных с учетом правила площадей.

– 4.08. Р.1А фирмы «Инглиш электрик». Крыло самолета снабжено концевыми элеронами и имеет щелевой уступ передней кромки. Силовая установка состоит из двух двигателей, расположенных в продольной плоскости симметрии самолета один над другим.

– 29.09. F-101 фирмы «Макдоннел». Самолет имеет крыло с переменной стреловидностью по задней кромке. Вблизи корневого сечения стреловидность отрицательная, далее по размаху крыла-положительная. На самолете использована автоматическая система продольной балансировки со звуковой и световой сигнализацией опасных углов тангажа при изменении продольных моментов.

– 6.10. F.D.2 фирмы «Фэри». Передняя часть фюзеляжа вместе с кабиной может отклоняться вниз для улучшения обзора при взлете и посадке. Самолет выполнен по схеме «бесхвостка» с треугольным крылом, оснащенным элеронами и рулями высоты. Хвостовая часть фюзеляжа оборудована четырехсекционными тормозными щитками, которые в закрытом состоянии выполняют функции защитного кожуха сопла двигателя (рис. 1.75).

Рис. 1.75. F.D.2 фирмы «Фэри».

Рис. 1.76. «Крусейдер» F-8 фирмы «LTV Аэроспейс».

Рис. 1.77. «Дракен» фирмы «SAAB-Скания».

– 20.12. YF-102A. фирмы «Конвэр». Модификация самолета F-102, выполненная в соответствии с правилом площадей. Крыло треугольное с отклоненным вниз носком.

– Ил- 54 конструкции С. В. Ильюшина. Трехместный бомбардировщик. На самолете применены двухопорное велосипедное шасси с одинарными колесами и двухдвигательная силовая установка. Двигатели расположены в гондолах под консолями крыла.

1955-25.03. F-8 фирмы «Чанс-Воут». Высокоплан с изменяемым углом установки крыла и уступом передней кромки. Кресло пилота оборудовано телескопическим механизмом катапультирования.

– 17.07. «Тридан» II фирмы SNCASO. Отличительной особенностью самолета является применение щелевых закрылков, расположенных по всему размаху крыла. Элероны на крыле не установлены.

– 20.09. «Гриффон» I фирмы «Нор авиасьон». Самолет выполнен по схеме «бесхвостка» с дополнительными дестабилизаторами, установленными перед крылом. В хвостовой части фюзеляжа имеются два подфюзеляжных киля с большим углом развала. На самолете применен нерегулируемый подфюзеляжный воздухозаборник.

– 22.10. F-105 фирмы «Рипаблик». Истребитель-бомбардировщик, приспособленный для несения ядерного оружия. На самолете применены крыльевые регулируемые воздухозаборники со скошенными острыми передними кромками.

– 25.10. «Дракен» фирмы «SAAB- Скания» (рис. 1.77). Крыло треугольное с переменной стреловидностью по передней кромке. Вблизи корневого сечения угол стреловидности максимальный. На нижней поверхности крыла установлены тройные аэродинамические направляющие. Шасси самолета выполнено по нормальной трехопорной схеме с дополнительной двухколесной убираемой задней стойкой. Используется система управления подачей топлива, обеспечивающая требуемое положение центра тяжести самолета.

Рис. 1.78. Истребитель-перехватчик конструкции П. О. Сухого.

– (?). Истребитель-перехватчик конструкции П. О. Сухого. Самолет выполнен по классической схеме с треугольным крылом и стреловидным нормальным оперением. Воздухозаборник регулируемый, лобового типа с острой передней кромкой.

1956-20.04. S.E.212 фирмы «Сюд-Эст». В передней части самолета имеется подфюзеляжный аэродинамический киль. Применен встроенный несъемный стартовый ракетный ускоритель на жидком топливе.

– (?).07. Ла-250 конструкции С. А. Лавочкина. Двухместный истребитель-перехватчик. Силовая установка состоит из двух двигателей. Воздухозаборники боковые, нерегулируемые.

– 10.09. YF-107A фирмы «Норт Америкен». На самолете использована система поперечного управления с помощью интерцепторов. Воздухозаборник надфюзеляжный, регулируемый с подвижным клином.

– 26.10. «Ледюк» 022 фирмы «Ледюк». Самолет отличается применением турбопрямоточного реактивного двигателя, состоящего из соосно расположенных турбореактивного и прямоточного воздушно-реактивного двигателей. Полеты с работающим прямоточным двигателем были начаты в 1957 г. (подобной силовой установкой был оборудован самолет «Гриффон» II, испытанный 23.01.1957 г.). Кабина самолета конусообразная. Пилот в кабине занимает положение лежа.

– 11.11. В-58 фирмы «Конвэр». Силовая установка самолета состоит из четырех двигателей, установленных под крылом на пилонах. Спасение экипажа в аварийных ситуациях осуществляется с помощью индивидуальных герметизированных капсул для каждого члена экипажа. Главные стойки шасси оборудованы восьмиколесными тележками. Бомбовый отсек выполнен в виде смонтированного на фюзеляже специального контейнера. На самолете применена топливная система, использующая балансировочные баки, предназначенные для перемещения положения центра тяжести самолета путем перекачки топлива при изменении скорости полета от дозвуковой до сверхзвуковой и наоборот. В конструкции планера самолета широко используются клееные элементы.

Рис. 1.79. «Эрроу» CF-105 фирмы («AVRO Канада»).

– 17.11. «Мираж» III фирмы «Дассо». Самолет выполнен по схеме «бесхвостка» с треугольным крылом, оборудованным элевонами и закрылками. Для управления работой закрылков в режиме автоматической балансировки самолета использована электрическая система.

1958-25.03. CF-105 фирмы «AVRO Канада» (рис. 1.79). На самолете применено крыло с уступом передней кромки, выполненное с применением профилей, имеющих отклоненный вниз носок. Главные стойки шасси оборудованы двухколесными тележками типа «тандем».

– 27.05. «Фантом» F-4 фирмы «Макдоннел». Крыло самолета стреловидное с отогнутыми вверх концевыми частями. Механизация крыла включает щитки-закрылки и носовые щитки. Для повышения эффективности управления самолетом применена система сдува пограничного слоя с поверхности крыла. Кроме указанных средств механизации, на крыле расположены интерцепторы и работающие совместно с ними, отклоняемые только вниз элероны. Стабилизатор самолета выполнен с отрицательным поперечным V. Нижняя часть фюзеляжа плоская.

– (?).07. F8U-3 фирмы «Чанс-Воут». Особенностью самолета является применение на нем двух подфюзеляжных управляемых аэродинамических килей. При дозвуковом полете кили занимают горизонтальное положение (убраны), а при сверхзвуковом-почти вертикальное.

– 31.08. А-5 фирмы «Норт Америкен». Управление самолетом по крену и тангажу осуществляется с помощью интерцепторов и управляемых стабилизаторов двойного действия. Воздухозаборники боковые, регулируемые с прямоугольным сечением и острой, вытянутой вперед подвижной верхней кромкой.

– (?). Е-150 конструкции А. И. Микояна. Рекордный самолет с двумя двигателями и одним лобовым воздухозаборником с острой входной кромкой.

1959-10.04. Т-38 фирмы «Нортроп». Двухместный учебно-тренировочный самолет с несущим фюзеляжем. Фонарь кабины открывается вперед вверх.

– 30.07. F-5 фирмы «Нортроп». На самолете применено прямое крыло с резким переходом в стреловидное по передней кромке вблизи корневого сечения (прямое крыло с наплывом и переменной стреловидностью по передней кромке).

– 17.09. Х-15 фирмы «Норт Америкен». Система управления самолетом комбинированная, состоящая из обычной аэродинамической и струйной-реактивной, использующей сжатый воздух. Применено крестообразное хвостовое оперение с отделяемым подфюзеляжным килем клиновидного сечения. Фонарь кабины пилота выполнен в виде неразъемной конструкции. Используются дополнительные подвесные баки, сбрасываемые на парашютах после выработки из них горючего.

1960-(?). М-50 конструкции В.М. Мясищева. Самолет оборудован четырехдвигательной силовой установкой. Двигатели расположены в индивидуальных гондолах под крылом и в концевых сечениях консолей крыла.

1962-14.04. Т-188 фирмы «Бристоль». Особенностью самолета является применение прямого крыла с переменной кривизной передней кромки и элеронов, расположенных в концевых частях консолей крыла.

– 26.04. VF-12A фирмы «Локхид». Самолет без горизонтального классического оперения с разнесенным двойным вертикальным оперением. Применены две подкрыльевые аэродинамические направляющие и один убираемый подфюзеляжный киль. Концевые части крыла прикреплены к гондолам двигателей. Главные стойки трехопорного шасси оборудованы строенными соосными колесами.

1963-(?).03. «Мираж-Бальзак» фирмы «Дассо». Самолет с вертикальным взлетом и посадкой выполнен по схеме «бесхвостка». Для создания вертикальной и горизонтальной тяги применены отдельные двигатели. В качестве подъемных используется 8 турбореактивных двигателей, установленных вертикально в средней части самолета. Управление самолетом в режиме ви- сения осуществляется с помощью реактивной системы, использующей сжатый воздух, поступающий от компрессоров подъемных двигателей.

– 10.04. VJ-101C фирмы «EWR-Зюд». Самолет с вертикальным взлетом и посадкой, выполненный по классической схеме. Силовая установка состоит из шести двигателей (четыре расположены в двух поворотных гондолах на концах крыла, а два дополнительных вертикальных – в фюзеляже). Управление самолетом на малых скоростях и в режиме висения осуществляется изменением силы тяги двигателей.

– (?). Е-266 конструкции А.И.Микояна. Самолет выполнен по классической схеме с двойным разнесенным вертикальным оперением.

1964-17.04. «Лайтнинг» фирмы «Бритиш эркрафт». Самолет оборудован дополнительными пилонами для установки дополнительных топливных баков, кассет неуправляемых реактивных снарядов (НУРС) или другой требуемой нагрузки на верхней поверхности крыла.

– 1.05. ВАС-221 фирмы «Бритиш эркрафт». Отличительной чертой самолета является использование на нем треугольного оживального крыла.

– 23.09. ХВ-70А фирмы «Норт Америкен». Самолет выполнен по схеме «бесхвостка» с дополнительным передним де- стабилизатором, плоскости которого оборудованы закрылками. Концевые части консолей крыла во время полета отклоняются вниз от горизонтального положения. Форма и конструкция планера позволяют использовать носовой скачок уплотнения при сверхзвуковом полете для создания дополнительной подъемной силы. Силовая установка состоит из шести двигателей. Специальная электрическая система обеспечивает гашение вибраций по всем трем осям путем соответствующего отклонения рулей управления и автоматической загрузки штурвала в зависимости от условий полета.

– 27.09. TSR.2 фирмы «Бритиш эркрафт». На самолете применено треугольное крыло с отогнутыми вниз концевыми частями. Горизонтальное оперение-управляемое, двойного действия, с системой сдува пограничного слоя. Передняя стойка шасси выполнена выдвижной с целью увеличения угла атаки при взлете. Планер самолета безопасен во время аварии (сконструирован в соответствии с требованиями fail-safe).

– 21.12. F-111 фирмы «Дженерал дайнемикс». Двухдвигательный высоко- план с крылом изменяемой геометрии. Регулировка положения консолей крыла осуществляется вручную. Крыло оборудовано предкрылками, закрылками (по всему размаху) и интерцепторами. Кроме того, на крыле имеются поворотные узлы крепления внешних подвесок, кинематически связанные с механизмом поворота крыла. Силовая установка самолета состоит из двух турбовентиляторных двигателей. Для спасения экипажа предусмотрена отделяемая герметизированная кабина класса 0-0, являющаяся модулем носовой части фюзеляжа.

1966-23.12. «Мираж» F-1 фирмы «Дассо». На самолете применена электрическая система управления интерцепторами.

1967-8.02. «Вигген» фирмы «SAAB-Скания». Самолет выполнен с треугольными крыльями по схеме «тандем». В хвостовой части основного крыла расположены элевоны. Дополнительное переднее крыло оборудовано закрылками с системой сдува пограничного слоя. На самолете применена силовая установка с реверсированием тяги.

– 9.07. Истребитель конструкции А. И. Микояна. Одноместный, однодвигательный самолет с крылом изменяемой геометрии, имеющим уступ передней кромки. Самолет оборудован складывающимся подфюзеляжным килем.

– 9.07. Истребитель конструкции А. И. Микояна. Самолет классической схемы с укороченным разбегом и пробегом. Силовая установка состоит из одного маршевого двигателя и многодвигательной системы вертикальной тяги.

Рис. 1.80. Советский самолет укороченного разбега и пробега с дополнительными двигателями вертикальной тяги, показанный на воздушном параде в 1967 г.

– 9.07. Истребитель конструкции П. О. Сухого. Самолет с укороченным разбегом и пробегом. Использована двухдви- гательная система вертикальной тяги.

– 9.07. Истребитель конструкции П. О. Сухого. Среднеплан с крылом изменяемой геометрии. Поперечное управление самолетом осуществляется с помощью элеронов.

1968-31.12. Ту-144 конструкции А.Н. Туполева. Пассажирский самолет. Главные стойки шасси снабжены 12-колесными тележками. На самолете применено оживальное низкорасположенное крыло с наплывом, изготовленное с применением профилей сложной формы. Другой особенностью самолета является использование на нем цельного отклоняемого при взлете и посадке (для улучшения обзора) носового обтекателя. Для повышения продольной устойчивости при полетах с дозвуковыми скоростями и большими углами атаки применено переднее убираемое крыло, расположенное на верхней части фюзеляжа позади кабины экипажа. Четыре турбореактивных двигателя с форсажными камерами располагаются в двух спаренных мотогондолах под фюзеляжем.

1969 – 29.5. «Мираж-Милан» фирмы «Дассо». Самолет оборудован убираемыми несущими поверхностями типа «усы» в передней части фюзеляжа.

1970-21.12. «Томкэт» F-14 фирмы «Грумман». Самолет с изменяемой (автоматически или вручную) геометрией крыла. На неповоротной части крыла расположены убираемые автоматически или вручную дестабилизаторы. Кабина экипажа двухместная (кресло пилота-слева, а штурмана-справа от продольной плоскости симметрии самолета).

1971-9.03. «Крусейдер» F-8 фирмы «LTV Аэроспейс» (рис. 1.76). Модификация самолета, предназначенная для исследований сверхкритического крыла.

1972 – 29.04. F-4 фирмы «Макдоннел-Дуглас». Модификация самолета, отличающаяся применением электродистанционной системы управления в качестве основной, а механической-как аварийной.

– 27.07. «Игл» F-15 фирмы «Макдоннел-Дуглас». Отличительной особенностью самолета является наличие уступа передней кромки стабилизатора.

– (?). F-8 фирмы «LTV Аэроспейс». Модификация самолета с электродистанционной системой управления без аварийной механической.

Рис. 1.81. YF-17 фирмы «Нортроп».

Рис. 1.82. YF-16CCY фирмы «Дженерал дайнемикс».

1974-2.02. YF-16 фирмы «Дженерал дайнемикс». На самолете применены много- лонжеронное крыло с наплывом и электродистанционная система управления. Обычные ручка управления или штурвал отсутствуют. Вместо них использована рукоятка, расположенная на правом подлокотнике катапультируемого кресла пилота. Самолет оборудован дифференциальным стабилизатором, зависающими элеронами и носовыми щитками. Положение щитков регулируется системой управления. Планер модульной конструкции.

– 29.04. F-4CCV фирмы «Макдоннел- Дуглас» (модификация). Самолет выполнен по классической схеме с дополнительным передним горизонтальным оперением и подфюзеляжным килем. Оба элемента переднего оперения включены в систему управления самолетом в соответствии с принципами управления объектом с шестью степенями свободы (дополнительное перемещение вверх-вниз и в стороны без изменения положения фюзеляжа).

– 9.06. YF-17 фирмы «Нортроп» (рис. 1.81). Управление самолетом осуществляется с помощью носовых щитков, закрылков, элеронов, дифференциального управляемого стабилизатора и рулей направления, расположенных на разнесенном двойном вертикальном оперении. Самолет оборудован горизонтальным дестабилизатором, выполненным в виде узкой полосы, опоясывающей носовую часть фюзеляжа. Крыло самолета прямое с наплывом и прифюзеляжными щелями.

– 14.08. «Торнадо» фирмы «Панавиа». Самолет изменяемой геометрии с носовыми щитками на неподвижных при- фюзеляжных частях крыла. Электрическая основная и механическая аварийная системы управления.

– 23.12. В-1 фирмы «Рокуэлл». Самолет выполнен по классической схеме с изменяемой геометрией крыла. Неподвижная прифюзеляжная часть крыла имеет криволинейную переднюю кромку. Силовая установка состоит из четырех двигателей. На самолете имеется активная система гашения изгибных колебаний носовой части фюзеляжа, использующая дополнительные передние стабилизаторы, отклоняемые автоматически в плохих погодных условиях.

1976-24.03. YF-16CCV фирмы «Дженерал дайнемикс» (рис. 1.82). Модификация самолета F-16 отличается применением дополнительного V-образного оперения, расположенного под передней частью фюзеляжа. Элементы переднего оперения включены в систему управления самолетом.

– (?). «Кфир» С2 фирмы «Исраэл эркрафт индастриз». Самолет выполнен по схеме «бесхвостка» с дополнительными передними несущими поверхностями.

1978-10.03. «Мираж» 2000 фирмы «Дассо». Самолет схемы «бесхвостка» с активной системой управления (электродистанционное управление с бортовой ЦВМ).

– (?). F-18 фирмы «Макдоннел-Дуглас». На самолете применено прямое крыло с уступом передней кромки.

1979-9.03. «Сюпер-Мираж» 4000 фирмы «Дассо». Самолет схемы «утка» с электродистанционным управлением и бортовой ЦВМ.

– (?). XFY-12A фирмы «Рокуэлл». Самолет схемы «утка» с вертикальным взлетом и посадкой. Управление на малых скоростях и в режиме висения осуществляется с помощью сопел с эжекторами, регулирующими величину и направление силы тяги.

12. Рекорды сверхзвуковых самолетов

Согласно классификации Международной авиационной федерации ФАИ, сверхзвуковые самолеты относятся к группе 3 класса С1, т.е. к классу самолетов, предназначенных для эксплуатации с твердой поверхности и оборудованных турбореактивными двигателями (допускается применение вспомогательной двигательной установки, например в виде ракетного ускорителя). Это означает, что рекордные скорости и высоты полета, полученные на опытных самолетах с ракетной двигательной установкой (Х-1, Х-2, Х-15 и D-558-II), не включаются в реестр С 1/3 ФАИ.

По этой причине представленные ниже показатели высоты и скорости, достигнутые на самолетах с ракетным двигателем, измерены не в соответствии с существующими требованиями ФАИ, а только на основании показаний приборов, имеющихся в кабине. Поэтому они не имеют официального характера и не охватывают всех последовательно полученных лучших результатов. Представленные ниже достижения лишь иллюстрируют неустанное стремление человека к достижению все больших скоростей и высот.

Достижения самолетов с турбореактивными двигателями регистрируются как мировые рекорды (т.е. в классе самолетов) или как международные рекорды (т. е. в группе самолетов с турбореактивными двигателями).

Мировые рекорды распространяются только на некоторые виды летных показателей, а именно: расстояние по прямой без прерывания полета, расстояние по замкнутому маршруту без прерывания полета, высоту полета, скорость полета по замкнутому маршруту, скорость при полете на базе. К международным рекордам относятся лучшие результаты, получаемые в следующих видах полетов:

– расстояние в полете по прямой без прерывания полета;

– расстояние в полете по замкнутому маршруту без прерывания полета;

– высота полета без полезной нагрузки; -высота полета с полезной нагрузкой 1000, 2000, 5000, 10000 кг (и далее через каждые 5000 кг);

– скорость полета на базе длиной 3 км при ограниченной высоте;

– скорость полета на базе 15-25 км при неограниченной (в принципе) высоте;

– скорость полета по замкнутому маршруту на расстояние 100, 500, 1000, 2000, 5000 и 10000 км без полезной нагрузки;

– скорость полета по замкнутому маршруту на расстояние 1000, 2000, 5000 и 10000 км с полезной нагрузкой 1000, 2000, 5000 кг и т. д.;

– скорость полета на известных трассах; -скорость в полете вокруг света; -время подъема на высоту 3000, 6000, 9000, 15000 и далее через каждые 5000 м.

Все без исключения самолеты, выдвигаемые на улучшение рекорда, должны соблюдать определенные условия, выполнение которых контролируется опломбированными бортовыми и наземными приборами. Самолеты, выдвигаемые на установление рекорда скорости, должны двукратно пролететь (в течение промежутка времени, не превышающего 0,5 ч, с целью исключения влияния изменения атмосферных условий) над базой, т.е. над определенным участком территории. В 20-х годах длина базы составляла 2 км. Позднее по мере роста скоростей появилась необходимость ее увеличения до 3 км (при высоте полета не более 75 м).

Прогресс авиации после второй мировой войны привел к тому, что измерение максимальной скорости полета самолетов на такой малой высоте и короткой базе стало весьма затруднительным как по причине повышения опасности полетов, так и вследствие сложности определения истинной скорости.

Кроме того, полеты на малых высотах не позволяют использовать всех скоростных преимуществ самолетов из-за высоких уровней аэродинамического сопротивления и нагрева на таких высотах. Поэтому в 1953 г. была введена дополнительная рекордная характеристика-скорость, достигаемая самолетом в полете на базе 15-25 км на определенной высоте. О важном значении длины базы для сверхзвуковых самолетов говорит тот факт, что рекорд скорости 1211 км/ч на базе 3 км, установленный в 1953 г. на сверхзвуковом самолете XF4D-1, был улучшен до 1452 км/ч только в 1961 г. самолетом F4H-1F, тогда как рекорд скорости на базе 15-25 км, принадлежавший самолету F-106A, составлял 2455 км/ч и всего несколькими месяцами позже был улучшен до 2585 км/ч самолетом F4H-1F.

Рис. 1.83. Трасса полета самолета «Гриффон» II во время установления рекорда скорости по замкнутому 100 км маршруту.

В программе полета на установление рекорда скорости задается максимальная высота, позволяющая осуществлять контрольные измерения с земли. На конечных участках базы должны летать самолеты контрольной службы, наблюдающие за выполнением условий проведения таких полетов, например, не летит ли самолет с пикированием. Средняя скорость, определяемая из двух полетов над базой в противоположных направлениях (ввиду уменьшения массы самолета в процессе полета, возможного изменения атмосферных условий и других причин скорости полета в противоположных направлениях могут существенно различаться), представляет собой официальный результат.

Согласно действующим предписаниям, самолет, выполняющий рекордный полет на базе, не может отклоняться от заданной траектории более чем на 2 км по горизонтали (т.е. от заданного направления) и не более чем на 100 м по вертикали (т.е. от принятой высоты полета). Именно из-за невыполнения этих требований в 1958 г. не был признан рекорд французского пилота Андрэ Тюрка, который достиг скорости 2330 км/ч.

Установлению рекорда предшествует тщательная подготовка пилота и самого самолета; кроме того, разрабатывается тактика полета, производится расчет оптимальных параметров и т. д. В качестве примера, иллюстрирующего результаты такой подготовки, можно привести описание рекордного полета, который в 1959 г. был выполнен на самолете «Мираж» III А-03

по замкнутой 100-километровой траектории. Подготовленный к полету самолет имел нормальную взлетную массу с полными топливными баками и снятым стартовым ракетным ускорителем. Взлет, разгон и достижение расчетной высоты, а также вираж с отходом на расстояние 75 км для выхода на трассу были произведены без включения форсажной камеры двигателя. Скорость самолета на вираже соответствовала 0,95 М. Затем был включен форсаж и в течение 3 мин на отрезке 80 км самолет был разогнан до скорости 2,06 М. Над измерительной базой самолет набрал высоту 11 280 м, пролетел по прямой, сделал вираж с постоянной перегрузкой в 2,7 и закончил повторный контрольный полет над измерительной базой на высоте 11700 м со скоростью 2,1 М. Траектория полета проходила через 4 контрольных пункта, расположенных в виде ромба. На пунктах измерялись высота, координаты и время прохождения самолета. Замкнутую траекторию полета длиной 115 км самолет пролетел за 3,55 мин со средней скоростью 2050 км/ч, что для основной 100-километровой трассы составило рекордную скорость 1771 км/ч.

Форма трассы обычно задается организатором полетов и может быть, например, треугольной, как это имело место при рекордном полете самолета «Гриффон» II (рис. 1.83).

Количество видов рекордных показателей, регистрируемых ФАИ, для всех летательных аппаратов превышает 100. Ниже (в таблице) представлены почти все виды показателей, по которым регистрируются рекордные результаты полетов сверхзвуковых самолетов. Представленный перечень не имеет официального характера, так как содержит также и те результаты, которые по техническим или формальным причинам не были признаны в качестве официальных рекордов ФАИ. Он является лишь иллюстрацией прогресса сверхзвуковой авиации и заинтересованности конструкторских бюро и авиационных предприятий в рекордных результатах как лучшей рекламе своих изделий.

Рис. 1.84. Рекордный самолет Х-15А-2 фирмы «Норт Америкен».

1-ЖРД XLR99-RM-2 с максимальной тягой 25 355 даН; 2-насосы аммиака и жидкого кислорода; 3-четыре резервуара с перекисью водорода; 4-патрубок аварийного слива аммиака; 5-патрубок аварийного слива перекиси водорода; 6-баллоны с гелием; 7-тормозные щитки; 8- сбрасываемый подфюзеляжный киль-лыжа; 9-убираемые стальные лыжи главных стоек шасси; 10-киль; 11 – плоскость горизонтального управляемого дифференциального стабилизатора; 72-основной бак жидкого аммиака; 13-основной бак жидкого кислорода; 14 -бак жидкого водорода; 15-отсек парашюта топливной системы; 16-тормозной двигатель топливной системы; 7 7-до- полнительный бак жидкого кислорода; IS-дополнительный бак жидкого аммиака; 19-отсек исследовательского оборудования; 20 -катапультируемое сиденье пилота; 21 -монолитный фонарь кабины; 22-четыре пары сопел реактивной системы управления по курсу и тангажу; 23-сопла реактивной системы управления креном; 24-закрылки.

Рис. 1.85. «Виджилент» А-5 (старое название A3J-1) фирмы «Норт Америкен».

Рис. 1.86. «Игл» TF-15A фирмы «Макдоннел- Дуглас».

Список содержит 132 рекордных достижения (не включены рекорды околозвуковых самолетов «Джетстар» и XF4D-1; результаты, достигнутые последним самолетом, отнесены к сверхзвуковому самолету F5D-1, представляющему собой модернизированный вариант XF4D-1), полученные пилотами четырех стран (74-США, 45 – СССР, 12 – Франция, 1 – Великобритания) на 23 типах самолетов 13 авиационных фирм.

Среди конструкторских бюро и авиационных фирм, выпускающих самолеты- рекордсмены, лидируют: КБ им. А. И. Микояна (37 рекордов), «Макдоннел» (25 рекордов), «Локхид» (27 рекордов). Среди типов самолетов настоящим рекордсменом следует считать самолет, представленный в перечне под обозначениями Е-266, Е-266М. На самолетах этого типа было установлено 25 рекордов, благодаря чему он превзошел по количеству рекордных достижений американские самолеты F-104 (17 рекордов) и F4H-1F (14 рекордов). Эти данные не только подтверждают ведущую роль СССР (12 женских и 10 мужских рекордов) и США (1 женский и 14 мужских) в развитии сверхзвуковой авиации, но и свидетельствует о характерной трактовке проблемы рекордных достижений за последние три десятилетия развития сверхзвуковой авиации. Из этого перечня следует, что рекорды были установлены на самолетах 23 типов (не считая модификаций), из которых 18 выпускались серийно, 3 остались на стадии прототипов и только 2 были построены как опытные. Такое положение дел указывает как на разумное распределение сил и средств, так и на принцип запуска в производство действительно лучших образцов самолетов. Следует, однако, помнить, что авиарекорды могут иметь (и обычно имеют), помимо спортивных и пропагандистских, также торговый и военный аспекты. Рекордные самолеты должны утверждать мнение о превосходстве авиации данной страны над авиацией других стран или вызывать интерес потенциальных покупателей к приобретению лучших на данный момент самолетов. Кроме того, рекордные достижения отражают состояние мировой авиации как определенной отрасли техники.

Представленный перечень не охватывает рекордных данных по скорости при полетах на признанных пассажирских трассах. Одним из такого рода рекордов, утвержденным ФАИ, был перелет самолета В-58А по трассе Токио-Лондон протяженностью 12919 км. Самолет преодолел это расстояние за 8 ч 35 мин со средней скоростью 1509 км/ч. Этот перелет представляет собой характерный пример условий, в которых совершаются длительные полеты со сверхзвуковыми скоростями, а также их влияния на летные характеристики самолета. Рекордный полет был начат со скоростью 2,0 М. При этом температура обшивки самолета на некоторых участках достигала 300°С, что создавало помехи в работе навигационного оборудования. В связи с этим оказалось необходимым снижение скорости до 0,9 ? и продолжение полета с этой скоростью в течение некоторого промежутка времени. После уменьшения скорости конструкция самолета остывала, и нормальная работа оборудования восстанавливалась, что позволяло снова увеличить скорость до 2,0 М. Полет проходил с таким периодическим изменением режимов на высотах 14326-18 288 м, причем на высокоскоростном режиме расход топлива составлял 22679-27 215 кг/ч, а на низкоскоростном-4989-5443 кг/ч. Во время полета пятикратно осуществлялась дозаправка самолета топливом.

Рекорды самолетов с ракетными двигателями

Дата

Пилот

Тип самолета, фирма

Результат

1. Абсолютная высота полета, м

1949

– /-

«Белл»

21383

31.08.1953

М. Карл

D-558-II, «Дуглас»

25 386

28.05.1954

К. Мюррей

Х-1 А, «Белл»

28 651

09.1956

И. Кинхлоэ

Х-2, «Белл»

38 430

12.08.1960

И. Кинхлоэ

Х-15А, «Норт Америкен»

41 605

31.03.1961

И. Кинхлоэ

То же

50300

31.04.1962

И. Кинхлоэ

» »

77 720

17.07.1962

Р. Уайт

» »

95935

22.08.1963

Д. Уолкер

» »

107960

2. Максимальная скорость в горизонтальном полете, км/ч (М)

14.10.1947

Ч. Егер

Х-1, «Белл»

(1,05)

1948

Ч. Егер

То же

1556

08.1951

В. Бриджмен

D-558-II, «Дуглас»

1980 (1,875)

10.1953

В. Бриджмен

То же

2040 (1,96)

21.11.1953

С. Кроссфилд

» »

2120 (2,01)

12.12.1953

Ч. Егер

Х-1 А, «Белл»

2655 (2,51)

23.07.1956

Ф. Иверст

Х-2, «Белл»

3050

27.09.1956

М. Апт

То же

3360

4.08.1960

М. Апт

Х-15А, «Норт Америкен»

3514

7.03.1961

М. Апт

То же

4264

21.04.1961

М. Апт

» »

5033

12.09.1961

М. Апт

«Норт Америкен»

5832

9.11.1961

Р. Уайт

Х-15А, «Норт Америкен»

6548

5.12.1963

Р. Рашворт

То же

(6,06)

18.11.1966

Р. Найт

Х-15А-2, «Норт Америкен»

6840 (6,33)

3.10.1967

Р. Найт

То же

(6,72)

Мировые рекорды сверхзвуковых самолетов с турбореактивными двигателями (класс CI/группа 3)

Дата

Пилот

Страна

Тип самолета, фирма

Результат

1. Расстояние по прямой без посадки, км

Женщины

18.09.1961

Кохрейн

США

Т-38, «Нортроп»

2401,780

22.04.1962

Кохрейн

США

«Джетстар», «Локхид»

3661,330 1*

2. Расстояние по замкнутому маршруту без посадки, км

Женщины

15.09.1961

Кохрейн

США

Т-38, «Нортроп»

2166,770

18.09.1967

Попович

СССР

РВ, КБ А. С. Яковлева

2497,009 2*

3. Абсолютная высота, м

Мужчины

18.04.1958

Уоткинс

США

F-11F-1F, «Грумман»

23449

2.05.1958

Карпантье

Франция

S.0.9050, «Тридан»

24217

7.05.1958

Джонсон

США

F-104A, «Локхид»

27811

14.07.1959

Ильюшин

СССР

Т-431, КБ им. П. О. Сухого

28 852

6.12.1959

Флинт

США

F4H-1F, «Макдоннел»

30040

14.12.1959

Джордан

США

F-104C, «Локхид»

31515

28.04.1961

Мосолов

СССР

Е-66А, КБ им. А. И. Микояна

34714

25.07.1973

Федотов

СССР

Е-266, КБ им. А. И. Микояна

36240

31.08.1977

Федотов

СССР

Е-266М, КБ им. А. И. Микояна

37650

Женщины

12.10.1961

Кохрейн

США

Т-38, «Нортроп»

17091

22.05.1965

Проханова

СССР

Е-33, КБ им. А. И. Микояна

24336

1* Околозвуковой двухдвигательный самолет.

2* Околозвуковой двухдвигательный истребитель.

4. Высота в горизонтальном полете, м

Мужчины

5.12.1961

Эллис

США

F4H-1F, «Макдоннел»

20252

4.09.1962

Ильюшин

СССР

Т-431, КБ им. П. О. Сухого

21170

11.09.1962

Остапенко

СССР

Е-166, КБ им. А. И. Микояна

22670

1.05.1965

Стефенс

США

YF-12A, «Локхид»

24462,596

28.07.1976

Хелт

США

SR-71A, «Локхид»

25929

Женщины

12.10.1961

Кохрейн

США

Т-38, «Нортроп»

16 841,148

23.06.1965

Зайцева

СССР

Е-33, КБ им. А. И. Микояна

19020

31.08.1977

Савицкая

СССР

Е-133, КБ им. А. И. Микояна

21 209,90

5. Абсолютная высота с грузом, м

1000 кг

13.12.1960

Хёс

США

A3J-1, «Норт Америкен»

27874

5.10.1967

Федотов

СССР

Е-266, КБ им. А. И. Микояна

29777

25.07.1973

Федотов

СССР

То же

35 200

22.07.1977

Федотов

СССР

Е-266М, КБ им. А. И. Микояна

37080

2000 кг

14.09.1962

Фултон

США

В-58А, «Конвэр»

26017,93

5.10.1967

Федотов

СССР

Е-266, КБ им. А. И. Микояна

29977

25.07.1973

Федотов

СССР

То же

35 200

22.07.1977

Федотов

СССР

Е-266М, КБ им. А. И. Микояна

37080

5000 кг

14.09.1962

Фултон

США

В-58А, «Конвэр»

26017,93

6. Скорость на базе 3 км, км/ч

3.10.1953

Вердин

США

XF4-D-1, «Дуглас»

1211,746

28.08.1961

Хардисти

США

F4H-1F, «Макдоннел»

1452,777

24.10.1977

Гринмейер

США

F-104RB, «Локхид»

1590,450

7. Скорость на базе 15-25 км, км/ч

Мужчины

29.10.1953

Иверст

США

YF-100A, «Норт Америкен»

1215,298

20.08.1955

Хейнс

США

F-100C, «Норт Америкен»

1323,312

10.03.1956

Твисс

Великобритания

FD-2, «Фэри»

1821,7

12.12.1957

Дрью

США

F-101A, «Макдоннел»

1943,5

16.05.1958

Ирвин

США

F-104A, «Локхид»

2259,538

6.10.1958

Тюрка

Франция

«Гриффон» II, «Нор»

2330

31.10.1959

Мосолов

СССР

Е-66, КБ им. А. И. Микояна

2388

15.12.1959

Роджерс

США

F-106A, «Конвэр»

2455,736

22.11.1961

Робинсон

США

F4H-1F, «Макдоннел»

2585,425

7.07.1962

Мосолов

СССР

Е-166, КБ им. А. И. Микояна

2681

1.05.1965

Стефенс

США

YF-12A, «Локхид»

3331,507

27.07.1967

Джорс

США

SR-71A, «Локхид»

3529,56

Женщины

24.08.1961

Кохрейн

США

Т-38, «Нортроп»

1358,6

12.04.1963

Кохрейн

США

TF-104G, «Локхид»

2048,875

11.05.1964

Кохрейн

США

F-104G, «Локхид»

2300,234

2.06.1975

Савицкая

СССР

Е-133, КБ им. А.И.Микояна

2683,446

8. Скорость полета по замкнутому 100-км маршруту, км/ч

Мужчины

16.10.1953

Ран

США

XF4D-1, «Дуглас»

1171,00

25.05.1959

Тюрка

Франция

«Гриффон» II, «Нор»

1638,00

18.06.1959

Мюзели

Франция

«Мираж» ????, «Дассо»

1771,00

11.12.1959

Мур

США

F-105B, «Рипаблик»

1878,67

28.05.1960

Адрианов

СССР

Т-405, КБ им П. О. Сухого

2092,00

16.09.1960

Коккинаки

СССР

Е-66, КБ им. А. И. Микояна

2148,66

25.09.1960

Дэвис

США

F4H-1F, «Макдоннел»

2237,37

7.10.1961

Федотов

СССР

Е-166, КБ им. А. И. Микояна

2401,00

8.04.1973

Федотов

СССР

То же

2605,1

Женщины

6.12.1961

Кохрейн

США

Т-38, «Нортроп»

1262,188

22.06.1962

Ориоль

Франция

«Мираж» IIIC, «Дассо»

1850,20

1.05.1963

Кохрейн

США

TF-104G, «Локхид»

1937,15

14.06.1963

Ориоль

Франция

«Мираж» IIIR, «Дассо»

2038,70

1.06.1964

Кохрейн

США

F-104G, «Локхид»

2097,266

18.07.1967

Мартова

СССР

Е-76, КБ им. А. И. Микояна

2128,70

9. Скорость при полете по замкнутому 500-км маршруту, км/ч

Мужчины

15.04.1959

Эдварде

США

RF-101C, «Макдоннел»

1313,677

5.09.1960

Миллер

США

F4H-1F, «Макдоннел»

1958,20

25.09.1962

Кознов

СССР

?-431, КБ им. П. О. Сухого

2337,00

1.05.1965

Даниэль

США

YF-12A, «Локхид»

2644,22

5.10.1967

Комаров

СССР

Е-266, КБ им. А. И. Микояна

2981,50

Женщины

7.09.1961

Кохрейн

США

Т-38, «Нортроп»

1095,56

3.06.1961

Кохрейн

США

F-104G, «Локхид»

1814,368

16.09.1966

Соловьева

СССР

Е-76, КБ им. А. И. Микояна

2062,00

21.10.1977

Савицкая

СССР

Е-133, КБ им. А.И. Микояна

2466,31

10. Скорость при полете по замкнутому 1000-км маршруту, км/ч

Мужчины

8.04.1959

Тейлор

США

RF-101C, «Макдоннел»

1226,619

19.06.1960

Биган

Франция

«Мираж» IVA, «Дассо»

1822,00

12.01.1961

Конфер

США

В-58А, «Конвэр»

2067,58

16.03.1965

Федотов

СССР

Е-266, КБ им. А. И. Микояна

2319,120

1.05.1965

Даниэль

США

YF-12A, «Локхид»

2718,006

27.10.1967

Остапенко

СССР

Е-266, КБ им. А. И. Микояна

2920,670

27.07.1976

Бледсоу

США

SR-71A, «Локхид»

3367,221

Женщины

8.09.1961

Кохрейн

США

Т-38, «Нортроп»

1028,99

28.03.1967

Зайцева

СССР

Е-76, КБ им. А. И. Микояна

1298,16

12.04.1978

Савицкая

СССР

Е-133, КБ им. А.И.Микояна

2333,00

11. Скорость полета по замкнутому 1000-км маршруту с грузом 1000 кг, км/ч

14.01.1961

Конфер

США

В-58А, «Конвэр»

2067,58

16.03.1965

Федотов

СССР

Е-266, КБ им. А. И. Микояна

2319,120

1.05.1965

Даниэль

США

YF-12A, «Локхид»

2718,006

27.10.1967

Остапенко

СССР

Е-266, КБ им. А. И. Микояна

2920,67

12. Скорость полета по замкнутому 1000-км маршруту с грузом 2000 кг, км/ч

14.01.1961

Конфер

США

В-58А, «Конвэр»

2067,58

16.03.1965

Федотов

СССР

Е-266, КБ им. А. И. Микояна

2319,12

1.05.1965

Даниэль

США

YF-12A, «Локхид»

2718,006

27.10.1967

Остапенко

СССР

Е-266, КБ им. А. И. Микояна

2920,67

13. Скорость полета по замкнутому 2000-км маршруту, км/ч

Мужчины

12.01.1961

Дойчендорф

США

В-58А, «Конвэр»

1708,82

Женщины

11.10.1966

Мартова

СССР

Е-76, КБ им. А. И. Микояна

900,267

14. Скорость полета по замкнутому 2000-км маршруту с грузом 1000 кг, км/ч

12.01.1961

Дойчендорф

США

В-58А, «Конвэр»

1708,82

15. Скорость полета по замкнутому 2000-км маршруту с грузом 2000 кг, км/ч

12.01.1961

Дойчендорф

США

В-58А, «Конвэр»

1708,82

16. Время подъема на высоту 3000 м, мин ('), с (")

28.02.1957

Кларлан

Франция

«Жерфо» II, «Нор»

0'51,20"

22.05.1958

Лефевр

США

F4D-1, «Дуглас»

0'44,39"

13.12.1958

Эневолдсон

США

F-104A, «Локхид»

0'41,85"

21.02.1962

Янг

США

F4H-1, «Макдоннел»

0'34,5"

16.01.1975

Смит

США

F-15, «Макдоннел»

0'27,57"

17. Время подъема на высоту 6000 м, мин, с

16.02.1957

Кларлан

Франция

«Жерфо» II, «Нор»

1' 17,00"

22.05.1958

Лефевр

США

F4D-1, «Дуглас»

1'06,09"

13.12.1958

Смит

США

F-104A, «Локхид»

0'58,41"

21.02.1962

Лонгрен

США

F4H-1, «Макдоннел»

0'48,78"

16.01.1975

Макфарлен

США

F-15, «Макдоннел»

0'39,33"

18. Время подъема на высоту 9000 м, мин, с

16.02.1957

Кларлан

Франция

«Жерфо» II, «Нор»

1'34,00"

22.05.1958

Лефевр

США

F4D-1, «Дуглас»

1'30,02"

14.12.1958

Смит

США

F104A, «Локхид»

1'21,14"

3.03.1962

Гроу

США

F4H-1, «Макдоннел»

1'01,68"

16.01.1975

Макфарлен

США

F-15, «Макдоннел»

0'48,86"

19. Время подъема на высоту 12000 м, мин, с

16.02.1957

Кларлан

Франция

«Жерфо» II, «Нор»

2'18,00"

22.05.1958

Лефевр

США

F4D-1, «Дуглас»

1'51,22"

14.12.1958

Смит

США

F-104A, «Локхид»

1'30,09"

1.03.1962

Гроу

США

F4H-1, «Макдоннел»

1'17,14"

16.01.1975

Макфарлен

США

F-15, «Макдоннел»

0'59,3 8"

20. Время подъема на высоту 15000 м, мин, с

16.02.1957

Кларлан

Франция

«Жерфо» II, «Нор»

3'56,00"

22.05.1958

Лефевр

США

F4D-1, «Дуглас»

2'36,23"

15.12.1958

Эневолдсон

США

F-104A, «Локхид»

2' 11,01"

3.03.1962

Нордберг

США

F4H-1, «Макдоннел»

1'54,54"

16.01.1975

Петерсон

США

F-15, «Макдоннел»

1'17,04"

21. Время подъема на высоту 20000 м, мин, с

14.12.1958

Смит

США

F-104A, «Локхид»

3'42,99"

31.03.1962

Браун

США

F4H-1, «Макдоннел»

2'58,05"

4.06.1973

Орлов

СССР

Е-266, КБ им. А. И. Микояна

2'49,90"

19.01.1975

Смит

США

F-15, «Макдоннел»

2'02,94"

22. Время подъема на высоту 25000 м, мин, с

13.12.1958

Эневолдсон

США

F-104A, «Локхид»

4'26,03"

3.04.1962

Янг

США

F4H-1, «Макдоннел»

3'50,44"

4.06.1973

Остапенко

СССР

Е-266, КБ им. А. И. Микояна

3'12,60"

26.01.1975

Петерсон

США

F-15, «Макдоннел»

2'41,02"

17.05.1975

Федотов

СССР

Е-266М, КБ им. А. И. Микояна

2'34,20"

23. Время подъема на высоту 30000 м, мин, с

14.12.1958

Джордан

США

F-104C, «Локхид»

15'04,92"

12.04.1962

Нордберг

США

F4H-1, «Макдоннел»

6'11,43"

4.06.1973

Остапенко

СССР

Е-266, КБ им. А. И. Микояна

4'03,86"

1.02.1975

Смит

США

F-15, «Макдоннел»

3'27,80"

17.05.1975

Остапенко

СССР

Е-266М, КБ им. А. И. Микояна

3'09,85"

Время подъема на высоту 35 000м, мин, с

17.05.1975

Федотов

СССР

Е-266М, КБ им. А. И. Микояна

4? 1,70"

Время подъема на высоту в категории женщин, мин, с

15.11.1974

Савицкая

СССР

Е-66В, КБ им. А. И. Микояна

41'2" (3000 м)

15.11.1974

Савицкая

СССР

То же

1'01" (6000 м)

15.11.1974

Савицкая

СССР

» »

1'21" (9000 м)

15.11.1974

Савицкая

СССР

» »

1' 59"

(12000 м)

Стоимость и продолжительность разработки самолета

Когда в конце 40-х-начале 50-х годов на вооружение были приняты околозвуковые самолеты и были испытаны в полете первые сверхзвуковые самолеты, стало ясно, что улучшение характеристик новых самолетов связано с увеличением их полезной нагрузки, габаритов и массы (табл. 8), усложнением их конструкции и оборудования. Это привело к такому росту стоимости разработки и эксплуатации самолетов, который поставил под сомнение целесообразность самостоятельной разработки самолетов и содержания большого воздушного флота для стран со средним экономическим потенциалом.

Именно сознание того, что стоимость наиболее современных самолетов начинает выходить за пределы финансовых возможностей большинства стран, легло в основу концепции легкого и дешевого сверхзвукового самолета. Первым самолетом, спроектированным с учетом этих соображений, был F-5 фирмы «Нортроп». Эта фирма в 1954 г. провела исследование стоимости разработки, строительства и эксплуатации американских истребителей так называемой 100-й серии с целью определения составляющих затрат, оказывающих наибольшее влияние на стоимость модернизации военно-воздушного флота. Для облегчения анализа издержки были разделены на три группы, охватывающие:

– затраты на научные и опытно-конструкторские исследования, связанные с разработкой и производством опытного экземпляра, его летными испытаниями и доработкой перед началом серийного производства;

– затраты на подготовку серийного производства и изготовление самолета;

– затраты на эксплуатацию, обслуживание и ремонт.

Таблица 8. Тенденции изменения габаритов и массы сверхзвуковых самолетов с течением времени

Анализ результатов исследования показал, что затраты третьей группы всегда выше других; одновременно они пропорциональны степени сложности конструкции и оборудования. Дополнительные исследования потенциальных потребностей военной и гражданской авиации привели к концепции многоцелевого самолета, который при уменьшенных габаритах и массе с максимально простой конструкцией (и, следовательно, простыми эксплуатацией и обслуживанием) сохранял бы характеристики, соответствующие требованиям, предъявляемым к самолетам данного класса.

В результате такого подхода F-5 стал наиболее дешевым западным сверхзвуковым самолетом как в отношении цены, так и с точки зрения стоимости эксплуатации. Подобная цель ставилась также фирмой «Дассо», которая благодаря модификации самолета «Мираж» IIIE смогла разработать менее сложный «Мираж» 5.

В настоящее время проблема затрат на авиацию является еще более острой, и ее с уверенностью можно считать наиболее существенным фактором, влияющим на дальнейшее развитие самолетостроения. В связи с этим рассмотрим вопросы стоимости несколько более подробно.

Известно, что развитие авиационной техники стимулируется стремлением государства иметь самолеты с наилучшими техническими характеристиками. Такие характеристики самолетов, особенно сверхзвуковых, могут быть достигнуты лишь в результате поиска и применения новых эффективных аэродинамических и конструктивных решений, усовершенствования двигательных установок, оборудования систем навигации и управления, более эффективного бронирования и вооружения, менее сложного обслуживания и эксплуатации, надежных устройств аэродромного оборудования и т.д. Это ведет к появлению все более сложных конструкций, которые требуют не только выполнения большого объема разработок и исследований, но также тщательной подготовки и проведения технологического процесса изготовления. Первое приводит к возрастанию трудозатрат и издержек на разработку проекта, а второе-к необходимости непрерывной модернизации производственного оборудования и измерительных устройств в промышленности, улучшению технологии и организации производства. Указанные факторы неизбежно приводят к увеличению продолжительности и стоимости разработки и в конечном счете к увеличению цены самолета, стоимостей эксплуатации, обслуживания и ремонта, обучения летного и наземного персонала, строительства аэродромов и создания комплекса вспомогательных служб.

Рис. 1.87. Стоимость электронного оборудования самолетов США.

треугольник-самолеты с винтомоторной силовой установкой; квадрат -околозвуковые самолеты; круг -сверхзвуковые самолеты.

О динамике роста капиталовложений, необходимых для создания самолета, ярко свидетельствует тот факт, что в 1907 г. Ор- вилл Райт получил от правительства США 25000 долл. на реализацию своего изобретения, тогда как ожидаемая стоимость разработки проекта и строительства четырех экземпляров сверхзвукового бомбардировщика изменяемой геометрии В-1 (первый полет совершен в 1974 г.), предназначаемого для стратегической авиации США, должна составить 1 930 000 000 долл. Среди специалистов распространено мнение, что технологические барьеры в авиационной промышленности в настоящее время уже преодолены, благодаря чему на современном этапе развития авиации возможно строительство самолетов с гиперзвуковыми скоростями полета М = 6-15. Однако строительство таких самолетов в обозримом будущем является маловероятным, поскольку оно связано с резким повышением стоимости разработки, строительства и эксплуатации таких самолетов.

Ниже представлены некоторые данные по стоимости самолетов, но их следует считать лишь ориентировочными, поскольку данные такого рода представляют обычно либо государственную, либо коммерческую тайну. Часто действительные затраты определить затруднительно, поскольку финансирование научно-исследовательских, опытно-конструкторских и производственных работ обычно ведется по различным каналам. Тем не менее можно считать, что приведенные данные верно отражают общую тенденцию и с этой точки зрения имеют познавательное значение.

Таблица 9. Стоимость разработки сверхзвукового самолета Таблица 10. Затраты на разработку некоторых сверхзвуковых самолетов

Анализ составляющих стоимости, определяющих цену самолетов, обычно ведется по отдельности для трех этапов создания самолета. Таким образом, затраты можно разделить на три группы. К первой группе относят затраты, связанные с разработкой нового самолета, т. е. стоимость исследовательских, проектных и опытных работ и соответствующего оборудования, стоимость строительства опытных экземпляров для проведения прочностных и летных испытаний. Ко второй группе относятся расходы на подготовку серийного производства, т.е. затраты на создание новой технологии, проектирование и изготовление оснастки, разработку технологической документации, модернизацию производственного оборудования. Третья группа охватывает затраты, связанные с материально- техническим снабжением (затраты на материалы, сырье и покупные изделия-двигатели, оборудование и вооружение). К этой группе также относятся издержки на исследования новых материалов и рабочую силу.

Затраты первой группы не зависят от масштабов производства, т.е. от того, будет построен только один опытный образец или несколько тысяч самолетов. Естественно, что после запуска самолета в серийное производство эти издержки распределяются равномерно на все построенные самолеты, благодаря чему в условиях крупносерийного производства цена самолета всегда меньше.

Из данных табл. 9 следует, что действительные затраты на разработку указанных в ней самолетов разительно отличаются от запланированных. К причинам возникновения этих расхождений могут быть отнесены: изменения конструкции самолета в период проектирования и строительства опытного экземпляра в связи с требованиями, выдвигаемыми заказчиком и ожидаемыми будущими покупателями, имеющими собственные идеи использования самолета; удлинение периода и расширение исследовательских работ, оказавшихся необходимыми для достижения требуемых характеристик самолета; предварительное занижение сметной стоимости в процессе поиска заказчика; возрастание издержек на материалы и рабочую силу. В случае серийного производства значительный рост цены самолета в сравнении с запланированной (примеры этого приведены во второй части книги, содержащей описание конкретных сверхзвуковых самолетов) связан также с модернизацией машинного парка и организацией производства, изменением технологии во время изготовления опытного образца, принятием неотработанной технологии и т.п.

Рост стоимости и удлинение периода разработки, как и налаживания серийного производства, отражаются на постоянном увеличении стоимости самолетов.

Этот вывод иллюстрируется данными табл. 10, в которой за основу для сравнения приняты самолеты P-51D и В-29 с винтомоторной силовой установкой и околозвуковые реактивные F-86D и В-47Е.

Расходы на двигательную установку, оборудование и вооружение зависят как от состояния развития техники, так и от назначения самолета (табл. 11).

Двадцать лет тому назад расходы на изготовление планера и двигательную установку составляли 80-90% общей стоимости самолета (исключением является величина 92,7% в случае самолета В-58А, что объясняется повышенными затратами на аэродинамические и прочностные исследования, освоение технологии склеивания и т.п.), которые в настоящее время уменьшились до 40-50%, с одной стороны, благодаря решению технологических и мате- риаловедческих проблем, а также вследствие применения более сложного и дорогого электронного оборудования-с другой. Это в первую очередь относится к самолетам, оборудованным для выполнения разведывательных полетов.

Рис. 1.88. Продолжительность разработки, строительства и испытаний опытных образцов и серийного производства некоторых сверхзвуковых самолетов.

Таблица 11. Структура расходов на планер, двигательную установку, оборудование и вооружение

Другой характерной чертой процесса создания современных сверхзвуковых самолетов является увеличение периода разработки и внедрения в серийное производство до 7-10 лет. Возрастание продолжительности разработок, так же как и увеличение расходов на создание самолета, несомненно, влияет на количество принимаемых к разработке проектов.

Представленные в таблице авторского предисловия данные свидетельствуют о том, что масштабы и темпы работ по созданию сверхзвуковых самолетов в различные периоды времени были различными и в значительной мере зависели от международной ситуации. Особенно высокий темп разработок, большое количество и разнообразие новых типов самолетов отмечались в период после корейской войны, т.е. в 50-е годы. В то же время 70-е годы характеризуются уменьшением количества реализуемых проектов, отказом от создания экспериментальных самолетов, высоким процентом машин, запущенных в серийное производство.

Вооружение самолета

Совершенствование схемы, аэродинамики, конструкции и силовой установки боевого сверхзвукового самолета направлено в конечном счете на повышение его эффективности как системы оружия. Поэтому конструктивное совершенство самолета должно быть реализовано в его вооружении, так как даже самый совершенный в смысле аэродинамики и конструкции боевой самолет, оборудованный устаревшим вооружением, не может конкурировать с самолетом, пусть даже и уступающим ему по летным характеристикам, однако оснащенным более современным оружием. Поэтому при разработке боевого сверхзвукового самолета исключительное внимание уделяется вопросам выбора того или иного вида оружия и сопутствующего ему оборудования.

Ствольное вооружение

Исторически первым и наиболее распространенным вооружением боевого самолета были разнообразные пушечные и пулеметные установки. Конструкция и технические показатели пушек и пулеметов, применявшихся на первых сверхзвуковых самолетах, мало отличались от тех, которые использовались на дозвуковых самолетах времен второй мировой войны. Трудность управления самолетом на сверхзвуковых скоростях и одновременного прицеливания через визуально-оптический прицел, невысокий темп стрельбы и скоротечность воздушного боя привели к резкому снижению эффективности поражения цели. На основании этого в начале 50-х годов многие авиационные и военные специалисты, полагая, что воздушные бои будут происходить на больших расстояниях с использованием появившихся в это время самонаводящихся ракет, пришли к выводу о бесперспективности применения пулеметов и пушек на сверхзвуковых самолетах. Эта точка зрения нашла отражение в разработке ряда сверхзвуковых самолетов с исключительно ракетным вооружением (F-106, F-4, JIa-250, И-75Ф). Впоследствии с учетом результатов теоретических исследований и боевого опыта применения сверхзвуковых самолетов указанная концепция была признана неверной, и работы над пушечным вооружением были продолжены. Важным этапом в создании эффективного авиационного пушечного вооружения на Западе считается разработка в начале 50-х годов концерном «Дженерал электрик» шестиствольной скорострельной пушки М61-А1 «Вулкан», применяемой до настоящего времени на большинстве боевых самолетов США. Пушка имеет подвижный блок стволов калибром 20 мм, расположенных равномерно по окружности под углом 60° друг к другу; этот блок приводится во вращение электромотором мощностью 26 кВт (в модификации GAU-4A вращение осуществляется за счет энергии газов, отбираемых от трех стволов). Снаряд выстреливается при крайнем верхнем положении ствола (угол поворота 0°), гильза выбрасывается при повороте ствола на угол 120°. Заряжание второго ствола происходит в момент его нахождения под углом 240°. Общий темп стрельбы составляет ~ 6000 выстрел/мин, а начальная скорость снаряда достигает 1030 м/с. Стрельба ведется бронебойными, бронебойно-осколочными и осколочно-фугасными снарядами. Высокий темп стрельбы позволяет эффективно использовать пушку в скоротечном воздушном бюро даже при условии нахождения цели в зоне поражения в течение долей секунды.

Еще более высокая эффективность поражения целей была достигнута в результате применения автоматизированных систем управления огнем, которые включают в себя, как правило, радиолокационную станцию, бортовой вычислитель, устройства сопряжения с пушкой и пульт управления. При этом параметры движения цели и самого самолета, как и характеристика внешних условий, вводятся в бортовую ЭВМ, которая с учетом указанных факторов рассчитывает вероятность уничтожения цели и подает команду на открытие огня только при входе цели в зону поражения. Системы такого типа, обладая высокими быстродействием и скорострельностью, облегчают также процесс пилотирования самолета, снижая психологические нагрузки пилота, и предоставляют ему большие возможности для наблюдения и оценки тактической обстановки. Кроме того, автоматизированные системы управления огнем позволяют рационально расходовать боекомплект, что немаловажно при значительном темпе стрельбы.

Рис. 1.89. Ствольное оружие самолетов. а-пушка М61-А1 «Вулкан»; б-пушка GAU-8A; в-пушка «Маузер» Mk.27.

Помимо пушки М61-А1, к вооружению этого же класса относятся, например, GAU-8A (США)-тяжелая шестиствольная 30-мм пушка для стрельбы по наземным целям (магазин барабанного типа с боекомплектом 1350 снарядов); DEFA-552 (Франция)-одноствольная пушка калибра 30 мм револьверного типа с пятипа- тронным барабаном (автоматика пушки работает за счет энергии выстрела), устанавливаемая практически на всех самолетах типа «Мираж»; «Маузер» Мк.27 (ФРГ)-одноствольная 27-мм пушка со скорострельностью 1700 выстрел/мин и массой 100 кг, устанавливаемая на самолетах «Торнадо».

Указанные пушки не только устанавливаются стационарно (внутри самолета), но и могут подвешиваться в специальных контейнерах (вместе с боекомплектом) на пилонах. Считается, что такое расположение пушек, примененное, в частности, на самолетах F-4, «Торнадо» и F-18, позволяет значительно сократить время замены как самой пушки, так и боекомплекта.

Западные специалисты считают, что дальнейшее развитие ствольного вооружения будет идти по пути совершенствования как самой огневой установки (применение безгильзовых патронов, новых порохов с высокими энергетическими характеристиками, увеличение ресурса пушечных стволов, скорострельности и т.п.), так и системы управления огнем, которую предполагается подключить к автопилоту для автоматизации процесса прицеливания.

Ракетное оружие

Помимо ствольного вооружения, сверхзвуковые самолеты (как, впрочем, и дозвуковые) обычно оснащаются различными ракетами, предназначаемыми для уничтожения воздушных, наземных и морских целей.

Ракеты класса воздух-воздух

К типичным управляемым ракетам класса воздух-воздух (табл. 12), находившимся или находящимся на вооружении ВВС западных стран, относятся «Фолкон», «Сайдуиндер», «Сперроу», «Феникс» (США); «Файрстрик», «Ред-Тэн» (Великобритания); «Нор» А А-20, «Матра» (Франция). Самой малогабаритной из них является GAR-1 «Фолкон» (длина и диаметр корпуса соответственно 2 и 0,15 м). Ракета снабжена крестообразным крылом малого удлинения с размахом 0,6 м и неуправляемым крестообразным передним стабилизатором. Управление осуществляется с помощью аэродинамических рулей, расположенных в хвостовой части крыла. На ракете установлены твердотопливный двигатель тягой 27,4 кН (2800 кГ), позволяющий развивать скорость до 700 м/с, и инфракрасная или радиолокационная головка самонаведения. На базе GAR-1 были разработаны две модификации ракеты: «Супер-Фолкон» и «Ядерный Фолкон». Первая имела усовершенствованную радиолокационную систему наведения, двигатель с более высокими характеристиками и предназначалась для истребите ля-перехватчика F-106. Вторая могла атаковать цель, находящуюся под углом до 35° к направлению полета самолета, имела дальность около 11 км и скорость полета, соответствующую ? = 3.

Более совершенным вариантом легкой противосамолетной ракеты является УР

Рис. 1.90. Ракеты «Сайдуиндер» (верхняя) и «Сперроу» (нижняя) под крылом самолета.

Таблица 12. Основные характеристики управляемых ракет класса «воздух-воздух»

Рис. 1.91. Ракета класса воздух – воздух «Феникс».

Для выполнения полетов на перехват истребители оснащаются обычно более тяжелыми ракетами класса воздух-воздух, обладающими увеличенным радиусом действия. К таким ракетам относятся «Сперроу», «Феникс», «Ред-Тэн». Из ракет этого класса наиболее распространена в авиации западных стран УР «Сперроу». Она выполнена по схеме «поворотное крыло» с треугольным неподвижным крестообразным хвостовым стабилизатором и такими же треугольными консолями крыла, крестообразно расположенными в средней части корпуса. Силовая установка ракеты состоит из заранее снаряженного ЖРД. Наведение ракеты на цель осуществляется с помощью радиолокационной полуактивной системы, для чего цель должна непрерывно облучаться РЛС истребителя. Ракетами «Сперроу» оснащаются F-4, F-14, F-15, F-18 и другие истребители. На базе ракеты «Сперроу» фирмами «Бритиш аэроспейс корпорейшн» (Великобритания) и «Рейтеон» (США) была разработана более совершенная модель «Скайфлеш». В 1977 г. были завершены ее летные испытания. В настоящее время ракеты «Скайфлеш» находятся на вооружении Великобритании, Щвеции и других европейских государств. Ими оснащаются самолеты «Торнадо», «Ягуар», «Вигген».

Повышение летно-технических характеристик самолетов, в частности увеличение высот и скоростей их полета, потребовало дальнейшего совершенствования управляемых авиационных ракет. Другим фактором, вынуждающим разрабатывать новые УР класса воздух-воздух, явилось принятие на вооружение авиацией многих стран ракет класса воздух-поверхность, которые обычно запускаются на значительном расстоянии от цели. При этом, естественно, возникла задача уничтожения не только самолета-носителя, но и выпущенных с него ракет. Задача борьбы с малогабаритными целями (истребителями, крылатыми ракетами и т. п.), летящими на малых и больших высотах с низкими и высокими скоростями, зачастую использующими системы активного и пассивного радиопротиводействия, потребовала разработки не только более совершенных ракет, но и новых систем управления вооружением.

Одной из первых ракет, разработанных в соответствии с новыми требованиями и поступивших на вооружение ВВС США, была УР AIM-54 «Феникс», предназначавшаяся для вооружения самолетов F-14. Она имела высокие тактико-технические данные и оснащалась полуактивной головкой самонаведения. Для эксплуатации ракет была разработана обзорно-прицельная система AN/AWG-9 с импульсной доплеровской РЛС и бортовой ЭВМ. Эта система позволяет обнаруживать малогабаритные цели на расстоянии до 110 км в импульсно-доплеровском режиме обзора и сопровождения, а также осуществлять одновременное сопровождение до 24 целей в режиме сканирования. Система обеспечивает наведение шести ракет по шести различным целям, находящимся на различных курсах и высотах и летящим с разными скоростями (при расстоянии между целями не менее 15 км). Указанный боевой комплекс значительно повысил эффективность истребителя в основном благодаря возможности одновременного пуска ракет по нескольким целям, находящимся в передней полусфере самолета-носителя, без выполнения дополнительных маневров, приводящих к потере времени и тактического преимущества, а также возможности выбора целей, подлежащих уничтожению, визуальной дифференциации и опознавания целей с помощью оптико-электронной системы ASX-1.

Другим примером ракеты этого класса является разрабатываемая в США фирмами «Хьюз эркрафт» и «Рейтеон» УР AMRAAM, предназначаемая для замены ракеты «Сперроу». Опытные образцы, испытанные в 1980-1981 гг., имели стартовую массу 135 кг, максимальную скорость M › 4 и дальность полета 80 км. По внешнему виду AMRAAM близка к «Сперроу». Ракета оборудована комбинированной системой наведения, состоящей из командно- инерциальной и активной радиолокационной систем. При этом в зависимости от типа цели и расстояния до нее возможно применение трех способов наведения: самонаведения, автономного с самонаведением и полуавтономного с самонаведением. При втором способе полет ракеты на среднем участке осуществляется по заранее введенной программе, а на конечном-с помощью активной системы самонаведения. В режиме полуавтономного полета на среднем участке производится коррекция траектории полета с помощью команд радиотелеуправления, посылаемых с самолета-носителя. Управление на конечном участке траектории производится так же, как и в предыдущем способе. В состав бортовой аппаратуры управления ракеты входят цифровая перепрограммируемая ЭВМ, командно-инерциальная система, выполненная на основе бескарданной гироплатформы, бортовой вычислитель и приемник команд радиотелеуправления. ЭВМ осуществляет обработку получаемых сигналов на среднем и конечном участках полета, расчет параметров траектории и оптимальное наведение ракеты на цель, что особенно важно в случае высокоманевренной цели. Бортовое счетно-решающее устройство определяет положение ракеты в пространственной системе координат на основе информации, получаемой от инер- циальной системы (впоследствии функции счетно-решающего устройства предполагается передать бортовой ЭВМ).

Благодаря комбинированной системе наведения ракета AMRAAM может использоваться как на самолетах F-15 (РЛС типа AN/APG-63 обеспечивает режим сопровождения при сканировании и выделение отдельных целей в плотном строю), так и на F-14. При этом ракеты могут наводиться как на единичные цели в плотном строю, так и на несколько целей, находящихся на значительном расстоянии друг от друга. Серийное производство ракет класса воздух-воздух типа AMRAAM намечено на 1984 г. Стоимость одного изделия оценивается в 80 тыс. долл.

Рис. 1.92. Ракета класса воздух – воздух «Матра-Мажик» R.550.

К управляемым ракетам средней дальности класса воздух-воздух относится также французская ракета R. 530 «Сюпер-Матра», которой оснащаются самолеты «Мираж» F. 1 и «Мираж» 2000. На ракете использована полуактивная радиолокационная головка самонаведения, для работы которой цель облучается бортовыми самолетными радиолокаторами «Сирано-4» или RD1. Эти РЛС позволяют обнаруживать и сопровождать малогабаритные цели на расстоянии до 110 км, в том числе и на фоне земли (RD1). Дальность полета ракеты составляет 35 км, скорость превышает 3 М. Ракета обладает высокой маневренностью и допускает перегрузки до 20; она может успешно атаковать цели, находящиеся на больших расстояниях от самолета-носителя и летящие значительно выше или ниже истребителя, на встречных или встречно- пересекающихся курсах.

Ракеты класса воздух-поверхность

В состав вооружения современных истребителей-бомбардировщиков входят ракеты класса воздух – поверхность, предназначаемые для нанесения ударов по наземным или морским объектам (табл. 13). УР этого класса обычно подразделяют на типы: воздух – земля, воздух-корабль, противо- радиолокационные и противотанковые.

Ракеты типа воздух – земля. К ракетам воздух-земля относятся УР «Булпап» AGM-12, «Мейверик» AGM-65 (США); «Мартель» AJ-168 (Великобритания); AS-12, AS-20, AS-30 (Франция); Rb-04, Rb-05 (Швеция). Ракеты «Булпап» и Rb-04 выполнены по схеме «утка»; «Мейверик», AS-30 и Rb-05-по нормальной аэродинамической схеме; AS-12 и AS-20-по схеме «поворотное крыло». Дальность ракет этого типа составляет от 10 до 60 км. УР типа воздух-земля оборудуются фугасными, осколочно-фугасными, бронебойными, кумулятивными или кассетными боевыми частями массой от 30 до 450 кг. Такое разнообразие боевых частей позволяет использовать ракеты для нанесения ударов по различным наземным целям: мостам, аэродромам, фортификационным сооружениям, технике и живой силе противника. Инициирование заряда боевой части обычно осуществляется электромеханическим или механическим контактным взрывателем (исключение составляет ракета AGM-65E, оборудованная дистанционным радиовзрывателем). Все упомянутые выше ракеты снабжены твердотопливными двигателями, за исключением «Булпап», которая имеет заранее снаряженный топливом ЖРД тягой 55,8 кН (5700 кГ). На этих ракетах применяются различные системы наведения, в том числе командные и самонаведения. Так, например, французская УР AS-12 оборудована системой телеуправления по проводам. Команды управления посылаются оператором (или пилотом) на основе визуального наблюдения за полетом ракеты. Недостатками такой схемы управления являются малая дальность полета (всего 10 км) и необходимость пребывания самолета в зоне расположения цели, которая обычно охраняется средствами ПВО. Поэтому в ракетах AGM-12, As-20, Rb-05 использована система радиотелеуправления. После пуска таких УР, как и в случае AS-12, летчик должен продолжать вести наблюдение за их полетом, подавая команды, корректирующие траекторию для точного попадания в цель. Для улучшения наблюдения за полетом ракета AGM-12 оборудована специальными трассерами. После пуска ракеты, который обычно осуществляется с пологого пикирования, летчик при помощи кнопок на ручке управления подает команды «вверх-вниз» и «вправо – влево», ориентируясь по следу трассеров. Ракетами AGM-12 «Булпап» вооружаются самолеты F-105, F-4, А-6, А-7, А-10, а ракетами AS-20, AS-30-самолеты «Мираж» III, «Мираж» 5, «Ягуар».

Радиотелекомандный способ наведения ракет на цель позволил несколько увеличить дальность полета (до 17 км у AGM-12C), однако не исключил необходимости нахождения самолета-носителя в зоне действия ПВО противника. Кроме того, точность наведения ракеты при этом остается невысокой и уменьшается по мере увеличения расстояния от самолета-носителя до цели, так что прицельная дальность полета ракеты, обеспечивающая высокую вероятность поражения цели, составляет всего 3,5-7 км.

Для устранения указанных недостатков были разработаны новые, более совершенные ракеты и системы их наведения. Примером такой УР может служить английская ракета AJ-168 «Мартель», обладающая дальностью полета до 60 км и оборудованная телевизионно-командной системой наведения. При использовании такой системы УР оборудуется приемной телевизионной установкой, аппаратурой передачи на самолет телевизионного изображения местности, приемным устройством команд радиотелеуправления ракетой, а самолет-носитель оснащается приемным устройством телевизионных сигналов с экранным индикатором на основе электронно-лучевой трубки и передающей аппаратурой радиотелеуправления. При подлете к цели оператор включает аппаратуру ракеты и на телевизионном экране в кабине самолета отображается местность, фиксируемая телевизионной аппаратурой ракеты. После пуска ракеты оператор, ориентируясь по изображению на экране индикатора в кабине самолета, осуществляет радиотелеуправление путем подачи команд, аналогичных используемым при управлении УР «Булпап». При этом точность наведения значительно повышается, а сам атакующий самолет может изменить направление полета сразу же после пуска ракеты, не входя в зону действия средств ПВО, охраняющих объект. Пуск ракеты может присходить и на значительном расстоянии от цели, вне зоны ее захвата телевизионной системой. В этом случае ракета наводится по ориентирам, заранее известным экипажу. Недостатком телевизионно-командного наведения является слабая помехозащищенность и возможность нарушения двусторонней связи между ракетой и самолетом-носителем средствами активного радиопротиводействия противника.

Этого недостатка, по мнению специалистов США, лишена УР AGM-65 (А или В) «Мейверик», оборудованная телевизионной системой самонаведения. Характерной особенностью комплекса является отсутствие обмена информацией между ракетой и самолетом и в связи с этим неуязвимость со стороны средств радиопротиводействия. Ракетная атака выполняется в виде определенной последовательности операций. При подлете к цели оператор (пилот) включает телевизионную систему УР, которая передает изображения местности на экран индикатора в кабине самолета. Обнаружив цель, оператор совмещает ее изображение с перекрестием на экране и подает команду на захват цели телевизионной головкой самонаведения. После этого запускается двигатель и ракета осуществляет автономный полет.

Недостатком ракет с телевизионной системой наведения является невозможность их использования в ночное время суток и в условиях плохой видимости (при низкой облачности, обильных осадках, тумане, задымленности). Этот недостаток отсутствует в УР AGM-65D с тепловизионной системой наведения, которая может функционировать в любое время суток и в любых погодных условиях, однако обладает несколько худшей разрешающей способностью в отношении целей.

Помимо авиационных ракет с телевизионными и тепловизионными системами наведения, в последнее время получили распространение УР, использующие лазерные полуактивные головки самонаведения (AGM-65C, AGM-65E, AS-30L).

Достоинствами лазерных систем наведения, разработка которых была начата на Западе в 60-х годах, являются высокая точность, нечувствительность к погодным условиям, времени суток и сопутствующим помехам (запыленности., задымленности), сложность организации эффективного противодействия. Реализация этого способа наведения оказалась возможной благодаря разработке малогабаритных, достаточно мощных лазеров, оптико-электронных приемников излучения и микроэлектронной аппаратуры управления.

По мнению западных специалистов, существующие лазерные системы наведения наиболее эффективны на высотах 400-8000 м и расстояниях до цели менее 20 км.

В случае использования лазерных систем наведения в состав бортового оборудования самолета входят средства обнаружения и сопровождения цели, лазерный облучатель, цифровая ЭВМ и блоки питания. На ракете устанавливаются приемник отраженного лазерного излучения, вычислитель и блок управления. Обычно самолетное оборудование размещают в специальном подвесном контейнере или устанавливают стационарно внутри планера самолета (встроенная аппаратура наведения). Первый способ более предпочтителен, поскольку он позволяет устанавливать эту аппаратуру на различных самолетах. Примером такой системы может служить «Пейв-Тэк» AVQ-26 (длина контейнера 4,10 м, диаметр 0,5 м, масса 595 кг), разработанная в США. Контейнер состоит из неподвижного корпуса и подвижной сферической носовой части, в которой располагаются инфракрасный целеуказатель и лазерный облучатель. В средней и хвостовой секциях контейнера находятся блоки питания, ЭВМ и устройство привода носовой части. Электронно-вычислительная машина осуществляет расчет параметров для навигационной системы самолета при выводе его на цель, управляет лазерным лучом, обеспечивая его отклонение до 190° по углу места и 270° по азимуту, и вырабатывает информацию, отображаемую на индикаторе в кабине экипажа. Однако эта система сложна в управлении и требует наличия на самолете второго члена экипажа. Другим примером разработанной в США лазерной системы наведения контейнерного типа может служить «Пейв- Спайк» (длина контейнера 3,66 м, диаметр 0,25 м, масса 193 кг). Этой системой оснащаются самолеты F-4D (к настоящему времени более 150 самолетов), а также англо-французский «Ягуар» и израильский «Кфир». Система «Пейв-Спайк» в отличие от «Пейв-Тэк» состоит из телевизионной аппаратуры обзора, лазерного дальномера и облучателя. После соответствующей доработки системой «Пейв-Спайк» предполагается оснастить истребители F-16.

Более совершенными системами лазерного наведения, разработанными в последние годы совместными усилиями специалистов США и Франции, являются «Атлис» 2 (французский вариант) и «Пэйв-Пэнни» (американский вариант), предназначенные для использования на самолетах «Мираж» 2000, «Сюпер-Мираж» 4000, F-16 и F-18. Системы снабжены соответственно телевизионным и инфракрасным целеуказа- телями, имеют гиростабилизированную платформу, на которой располагаются устройства целеуказания и лазерного облучения, обеспечивающие необходимую информацию для навигационной системы и системы управления оружием, а также автоматическую лазерную подсветку цели.

Таблица 13. Основные характеристики управляемых ракет класса «воздух-поверхность»

Независимо от конкретной лазерной системы, использованной на самолете-носи- теле, принцип наведения средства поражения цели остается практически неизменным; он схож с принципом полуактивного радиолокационного наведения. При подлете к цели оператор включает аппаратуру системы наведения и с помощью телевизионного или инфракрасного устройства осуществляет ее поиск. Обнаружив цель, оператор включает лазерный облучатель. Направление луча, постоянно подсвечивающего цель, поддерживается автоматически (на одноместном самолете) либо по командам оператора (в случае двухместного самолета). При этом самолет может изменять курс, высоту и совершать маневры, не входя в зону действия ПВО объекта. При приближении самолета к цели на достаточное расстояние происходит пуск ракеты. Головка самонаведения начинает воспринимать отраженное от цели лазерное излучение, направляя на нее ракету. Недостатком этого способа наведения является необходимость постоянной подсветки цели лазерным облучателем и в связи с этим нахождения самолета-носителя в районе цели.

Процесс совершенствования ракетного вооружения самолетов США и других западных стран осуществляется с учетом новейших достижений науки и техники, а также изменяющихся военных концепций и результатов применения вооружения в боевой обстановке в период американо- вьетнамской и арабо-израильской войн. В соответствии с этим перспективные УР типа воздух – земля, разрабатываемые в США (программа YMRASM) и Франции (ASMP), снабжаются комбинированными системами наведения (инерциальной и радиолокационной или лазерной) и силовой установкой и должны иметь увеличенные дальность и скорость полета.

Рис. 1.93. Ракеты типа воздух-корабль, а-«Си-Киллер»; б-«Гарпун»; в-«Корморан».

Ракеты типа воздух – корабль. К управляемым ракетам типа воздух-корабль относятся «Отомат», «Экзосет», AS-15TT (Франция); «Си-Киллер» (Италия); AGM-84 «Гарпун» (США); «Си-Скьюа» (Великобритания); «Корморан» (ФРГ) и другие. В большинстве своем указанные УР оснащаются полубронебойными боевыми частями («Корморан» и «Гарпун» снабжены соответственно кумулятивной и фугасной боевыми частями), имеют дозвуковую скорость полета и дальность действия до ~ 120 км. Ракеты «Отомат» и «Гарпун» оснащены турбореактивными двигателями, а все остальные из упомянутых УР-твердотопливными ракетными двигателями. За исключением ракет «Си-Киллер» и «Си-Скьюа», снабженных соответственно радиокомандной и активной радиолокационной аппаратурой наведения, все остальные УР имеют комбинированную систему наведения, состоящую из инерциальной и активной радиолокационной, действующей на конечном участке траектории.

Рис. 1.94. Противорадиолокационная ракета HARM на подкрыльном пилоне.

Совершенствование ракет типа воздух – корабль осуществляется в направлении повышения скорости и дальности полета, а также точности наведения в условиях сильного радиопротиводействия со стороны противника. Так, например, перспективная англо-франко-западногерманская ракета ASSM должна обладать скоростью полета 2,3 ? при стартовой массе ~ 1000 кг (масса боевой части 200 кг). Ракету предполагается оснастить комбинированной системой, состоящей из аппаратуры инерциального и инфракрасного наведения.

Противорадиолокационные ракеты. В отличие от ракет типа воздух-земля и воздух -корабль противорадиолокационные УР оснащаются пассивными радиолокационными головками самонаведения, работающими в широком спектре частот. Эти ракеты, предназначаемые для уничтожения РЛС противника, обычно снабжаются твердотопливными двигателями, обеспечивающими высокую сверхзвуковую скорость полета и дальность до 80 км. К ракетам этого типа относятся AGM-45 «Шрайк», AGM-78 «Стандарт», AGM-88 HARM (США); «Мартель» AS-37 (Франция). Система самонаведения УР AGM-78 способна «запоминать» координаты цели и тем самым поражать РЛС даже в случае прекращения ее работы после пуска ракеты.

Неуправляемые реактивные снаряды

Помимо управляемых ракет класса воздух-поверхность, современные боевые самолеты оснащаются для действия по наземным целям неуправляемыми реактивными снарядами (НУРС) калибром от 37 до 135 мм (табл.14). Несмотря на меньшую точность попадания, ракеты этого типа более просты, дешевы и надежны; они снабжаются боевыми частями различных типов. Пуск НУРС осуществляется со специальных блоков трубчатых или рельсовых направляющих, устанавливаемых под фюзеляжем или крылом самолета. Основными элементами неуправляемой ракеты являются корпус, взрыватель, боевой заряд, двигатель и складываемый или встроенный стабилизатор. Типичными представителями неуправляемых реактивных снарядов могут служить ADAM (Швеция) и SNEB-253 (Франция), предназначенные для действия по наземным и воздушным целям. НУРС запускаются с магазинов, выдвигаемых из фюзеляжа самолета, либо с замков внешних подвесок. Стабилизация полета снаряда SNEB-253 осуществляется за счет его вращения с частотой ~ 30 об/мин, что обеспечивается скошенной конструкцией оперения. Продолжительность работы двигателя составляет 0,8 с.

Таблица 14. Основные характеристики неуправляемых ракет

Рис. 1.95. НУРС ADAM и снаряженный пусковой блок.

Управляемые авиационные бомбы

Традиционным вооружением самолетов, которое используется практически в течение всего периода существования авиации, в частности сверхзвуковой, являются бомбы, конструкция которых совершенствовалась вместе с развитием самолета.

Повышение скорости и высоты полета самолетов привело к снижению точности бомбометания, несмотря на применение совершенных систем прицеливания, включающих оптико-электронную, инфракрасную аппаратуру и ЭВМ. Указанный недостаток был практически устранен в середине 60-х годов созданием управляемых авиационных бомб (УАБ) (табл. 15), обладающих высокой точностью попадания и значительной дальностью полета, что делает их основным конкурентом УР класса воздух-поверхность. По результатам исследований, проведенных в США, была установлена возможность значительного снижения затрат, необходимых для уничтожения наземных целей, при использовании УАБ. Так, для поражения шести различных целей обычными бомбами, по оценкам, необходимо осуществлять в среднем около 1000 самолето-вылетов общей стоимостью более 14 млн. долл., тогда как применение УАБ позволяет уменьшить эти значения до 20 самолето-вылетов и 0,6 млн. долл.

Первой управляемой бомбой, примененной американскими ВВС во время войны во Вьетнаме, была «Уоллай» 1 (AGM-62A) массой около 450 кг, оборудованная телевизионной системой самонаведения. Конструктивно бомба состоит из трех частей: носовой, в которой смонтирована система наведения, центральной-с боевым зарядом (на корпусе этой части бомбы крепится крыло) и хвостовой, несущей оперение (в хвостовой части размещены блоки питания и устройства управления плоскостями оперения). УАБ «Уоллай» 1 была принята на вооружение авиации США в 1966 г.

Таблица 15. Основные характеристики управляемых авиационных бомб

Рис. 1.96. Управляемая авиационная бомба «Уоллай» 1.

Рис. 1.97. УАБ модульной конструкции GBU-15.

По принципу наведения «Уоллай» аналогична ракете AGM-65 с телевизионной головкой самонаведения. После отделения от самолета благодаря наличию несущих аэродинамических поверхностей бомба осуществляет планирование на цель; при этом дальность ее полета в зависимости от высоты и скорости самолета-носителя в момент отделения бомбы может достигать 25 км.

В 1973 г. на вооружение ВВС США поступили более мощные и совершенные бомбы «Уоллай» 2 массой ~ 900 кг с телевизионной системой наведения, предназначенные для поражения крупных наземных целей. Модернизированный вариант этой бомбы, разработанный в 1975 г., был снабжен те- левизионно-командной системой наведения и предназначался для нанесения ударов по замаскированным целям. Были также улучшены аэродинамические характеристики бомбы, позволившие несколько увеличить дальность полета. В будущем предполагается оснастить эти УАБ тепловизионной системой наведения, аналогичной применяемой в ракетах AGM-65D «Мейверик».

В 1979 г. были завершены испытания и налажено производство управляемых бомб модульной конструкции GBU-15, отличающихся большой универсальностью. Количество этих УАБ планируется увеличить до 5000 с целью оснащения ими самолетов F-4, F-111, F-14, F-15, В-1. Известны две модификации GBU-15-с крестообразным и с раскрывающимся после сброса бомбы крылом. Первая предназначена для применения по малоразмерным единичным целям с малых и средних высот, вторая-по площадным целям с больших высот. Модульная конструкция позволяет осуществлять различные компоновки бомбы, выбирая наиболее целесообразную с точки зрения выполнения поставленной боевой задачи. Сборка УАБ выполняется в полевых условиях (на аэродроме) непосредственно перед вылетом самолета и требует лишь минимальных контрольно-диагностических работ.

В модуле боевой части содержится стандартная авиационная бомба Мк-84 и кассетная система SUU-54/D калибра 900 кг. Модуль аэродинамических поверхностей состоит из четырех крестообразно расположенных консолей крыла и четырех передних управляемых стабилизаторов или раскрываемого крыла и неподвижного хвостового стабилизатора. Модуль управления оборудуется сервомоторами для управления аэродинамическими поверхностями. Точное наведение бомбы в различных погодных условиях, в любое время суток, в разной боевой обстановке обеспечивается модулем системы наведения- телевизионной, лазерной или тепловизионной. В случае использования теле- или тепловизионного наведения возможно применение как телеуправляемого, так и самонаводящегося режима полета. Выбор того или иного режима осуществляется пилотом; выбранный режим может быть изменен в процессе полета УАБ. В настоящее время в США разрабатывается система наведения, которая будет использовать информацию, поступающую с искусственных спутников системы NAVSTAR. Соответствующая аппаратура должна устанавливаться на УАБ для поражения стационарных наземных целей типа пусковых шахт ракет и других стратегически важных сооружений, координаты которых известны заранее и определены с высокой степенью точности.

Рис. 1.98. Бомбовое и ракетное вооружение на самолетах «Вигген» (а) и F-15 (б).

По сообщениям западной печати, в 1981 г. в США завершены разработка и испытания новой УАБ типа GBU-17, оборудованной лазерной системой наведения и бетонобойной боевой частью, состоящей из предварительного кумулятивного и основного фугасного зарядов. Помимо США, управляемые бомбы типа «Уоллай» и GBU находятся на вооружении ряда стран, включая Израиль, Саудовскую Аравию и Австралию. Разработкой УАБ собственной конструкции интенсивно занимаются специалисты Франции. Основные характеристики некоторых управляемых бомб приведены в табл. 15.

Рассмотренные в данной главе виды и типы вооружений, применяемые на боевых самолетах, иллюстрируют роль военной авиации и органически дополняют описание процесса развития сверхзвуковых самолетов, более полно раскрывая возможности их применения.

Конструкторские бюро и авиационные предприятия

Разработка, испытания и производство сверхзвуковых самолетов не только связаны с огромными финансовыми расходами, но и немыслимы без высокого научно- технического уровня и мощного промышленного потенциала. Ввиду этого среди десятков развитых государств только 12 взялись за разработку и строительство сверхзвуковых самолетов.

Представленный ниже перечень включает описания 88 самолетов, совершивших хотя бы один вылет. Среди них 30 типов машин, разработанных в США, 24-в СССР, 20-во Франции (в том числе 2 совместно с Великобританией), 9-в Великобритании (2 совместно с Францией и 1 с ФРГ и Италией), 2-в Швеции, 2-в ФРГ (1 с Великобританией и Италией) и по одному в Египте, Израиле, Канаде, Японии и Италии (с ФРГ и Великобританией).

Разработкой самолетов занимались 40 конструкторских бюро, фирм и объединений, которые кратко характеризуются ниже (в порядке латинского алфавита).

«Аэроспасьяль» (Франция) Societe Nationale Industrielle Aerospatiale (SNIAS)-французское объединение государственной авиапромышленности, образованное в 1970 г. путем объединения Sud Aviation, Nord Aviation и SEREB. Совместно с британским объединением ВАС разработало (Sud Aviation) и выпускало пассажирские самолеты «Конкорд».

«Дассо» см. «Дассо-Бреге»

«AVRO-Канада» (Канада) A.V. Roe Canada Ltd.-канадский филиал британской фирмы ?. V. Roe and Co., основанной в 1909 г. одним из пионеров британской авиации Э. В. Роу. В 1935 г. присоединилась к объединению «Хоукер-Сидд- ли». Разработала истребитель «Эрроу». ВАС -см. «Бритиш эркрафт». «Белл» (США)

Bell Aircraft Corp.-американская фирма, организованная в 1935 г. JI. Беллом (1894-1956). Фирмой были разработаны экспериментальные самолеты с ракетным двигателем Х-1 и Х-2.

«Бреге» (Франция) Breguet Aviation – французская фирма с первоначальным названием Societe Anonyme des Ateliers d'Aviation Louis Breguet-организована в 1911 г. Л. Бреге (1880-1955). В 1936 г. частично национализирована (группа NORD). В 1971 г. объединилась с заводами AM Dassault. Проект фирмы Вг-121 принят за основу при разработке самолета «Ягуар».

«Бристоль» (Великобритания) Фирма Bristol Aeroplane Co. Ltd. создана в 1910 г. по инициативе Дж. Уайта-одного из пионеров английской авиации. С 1963 г. входит в состав британского концерна ВАС. Фирмой разработаны самолеты Т-188 и ВАС-221, а также велись работы над самолетом «Конкорд».

«Бритиш эркрафт» (Великобритания) ВАС (British Aircraft Corp. Ltd.) – британский авиаконцерн, созданный в 1963 г. путем объединения фирм «Виккерс-Армстронг», «Инглиш электрик», «Бристоль» и «Хантинг». Перенял разработку и выпуск самолетов «Лайтнинг», ВАС-221 и TSR.2, сотрудничает с заграничными фирмами по разработке и производству самолетов «Ягуар», «Конкорд», «Торнадо».

«Чанс-Воут» (США) Chance-Vought Aircraft Inc.-под этим названием фирма выступает с 1954 г. Образована в 1917 г. Ч. Воутом и первоначально называлась Lewis and Vought Corp. В 1961 г. объединилась с фирмой Ling-Temco-Electronics, образовав концерн, который' первоначально назывался Ling- Temco-Vought, а затем LTV Aerospace. Фирмой разработан палубный самолет «Крусейдер».

«Конвэр» (США) Convair Div. of General Dynamics Corp.-отделение американского авиаконцерна, возникшее в 1923 г. под названием Consolidated Aircraft Corp. в результате объединения фирм Dayton Wright Со. и Gallaudet Aircraft Corp. В 1943 г. Consolidated Aircraft Corp. объединилась с Vultee Aircraft Corp., образовав Consolidated Vultee Aircraft Inc. (сокращенно CONVAIR), а в 1954 г.-с General Dynamics Corp. Разработаны и построены самолеты F-102, В-58, F-106.

«Дассо-Бреге» (Франция) Объединение французских авиационных фирм Avions Marcel Dassault и Breguet Aviation произошло в 1971 г. Фирмой разработано 13 типов сверхзвуковых самолетов, в том числе с изменяемой геометрией крыла, а также с вертикальным взлетом и посадкой серии «Мираж». Кроме того, фирма выпускает самолеты «Ягуар».

Дуглас (США) The Douglas Aircraft Co.-американская фирма, образованная в 1920 г. Д. Дугласом. В 1967 г. объединилась с корпорацией «Макдоннел». Фирмой разработаны экспериментальные самолеты D-558-II и Х-3, а также истребитель F-5D-1.

«Инглиш электрик» (Великобритания) Британская фирма The English Electric Co. LTD. образована в 1918 г. В 1963 г. включена в состав концерна ВАС. Фирмой разработан самолет Р.1, который в серийном производстве имел название «Лайтнинг».

«EWR-Зюд» (ФРГ) Конструкторское бюро Entwicklungsring Siid создано в 1959 г. западногерманскими фирмами Bolkow, Heinkel и Messerschmitt для целей разработки истребителя-перехватчика ВВП VJ-101C.

«Фэри» (Великобритания) The Fairey Aviation Co. Ltd.-английская фирма, организованная Р. Фэри в 1915 г. Разработала экспериментальный самолет F.D.2.

GAMD см. «Дассо-Бреге»

«Дженерал дайнемикс» (США) General Dynamics Corp.-американский концерн, имеющий 4 отделения, из которых только Fort Worth Div. занимается разработкой самолетов, переняв эти функции у Convair Div. Концерном разработаны самолеты F-111 и F-16.

«Грумман» (США) Американская фирма Grumman Aerospace Corp., созданная в 1929 г., имела первоначальное название Grumman Aircraft Engineering Corp. Разработала и выпускает палубные самолеты F-11 и F-14.

«Хелуан» (Египет) Helwan Air Works-египетская самолетостроительная фирма, образованная в 1962 г., разработала истребитель НА-300.

ОКБ им. С. В. Ильюшина (СССР) Конструкторское бюро С. В. Ильюшина (1894-1977 г.) образовано в 1933 г. Разработан сверхзвуковой бомбардировщик Ил-54. В основном занимается разработкой тяжелых пассажирских и транспортных самолетов.

«Исраэл эркрафт индастриз» (Израиль) Israel Aircraft Industries Ltd. (израильская самолетостроительная фирма, созданная в 1953 г. под названием Bedek Aircraft Со. Существующее название получила в 1967 г. Разработала истребитель «Кфир» на базе французского самолета «Мираж» 3.

«Ледюк» (Франция) Rene Leduc et Fils-французская фирма, разрабатывавшая экспериментальные самолеты с ПВРД. Последняя машина фирмы-«Ледюк» 0.22.

«Линг-Темко-Воут» см. «LTV-Аэроспейс».

«Локхид» (США) Фирма Lockheed Aircraft Corp. образована в 1916 г. братьями Алленом и Малькольмом Локхидами. Последнее название фирмы известно с 1926 г. Разработала и построила истребитель F-104 и разведчик SR-71 на базе опытного самолета YF-12A.

«LTV-Аэроспейс» (США) LTV Aerospace Corp.-американский концерн, выступающий под таким названием с 1962 г. Возник в 1961г. в результате слияния фирм Chanc-Vought и Ling-Temco. Разработал и выпускал самолет F-8.

«Макдоннел-Дуглас» (США) McDonnell Douglas Corp. – американский концерн, образованный в 1967 г. объединением фирм McDonnell и Douglas. Фирма McDonnell Со. образовалась в 1939 г. под названием McDonnell Aircraft Corp. Фирмой McDonnell разработаны и выпускались истребители F-101 и F-4, а концерном McDonnell и Douglas-самолеты F-15, F-18.

Рис. 1.99. Экспериментальный самолет А-144 конструкции А. И. Микояна и А. Н. Туполева.

ОКБ им. А. И. Микояна (СССР) Конструкторское бюро А. И. Микояна образовано в 1939 г. В нем разработаны самолеты с обозначением МиГ (до МиГ-17 включительно с участием М. И. Гуревича). Разработано не менее 11 экспериментальных и боевых самолетов, в том числе самолеты с изменяемой геометрией крыла.

«Мицубиси» (Япония) Японский концерн Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha образован в 1917 г. После второй мировой войны возобновил деятельность в 1952 г. Разработал и выпускает тренировочно-боевой самолет Т-2.

ОКБ В.М. Мясищева (СССР) После трагической гибели В. М. Петлякова (1891-1942) руководителем ОКБ стал В. М. Мясищев (1902-1978). Разработан бомбардировщик М-50.

«Нор авиасьон» (Франция) Societe Nationale de Constructions Aeronautiques du Nord-французский государственный авиационный концерн, образованный в 1936 г. С 1945 г. включает предприятия Caudron-Renault, а с 1953 г- частично Arsenal. В 1954 г. объединился с SFECMAS; с 1970 г. выступает как объединение Aerospatiale. Разработаны самолеты «Жерфо» и «Гриффон».

«Норт Америкен» (США) Корпорация North American Aviation Inc. образована в 1928 г. В 1967 г. вошла в состав концерна Rockwell. Разработала истребители F-100, бомбардировщик-развед- чик А-5, экспериментальный самолет Х-15, самолеты ХВ-70А, YF-107A. Разработан самолет ВВП XFY-12A.

«Нортроп» (США) Northrop Corp.-американская авиационная корпорация, созданная в 1932 г. Д. Нор- тропом. До 1959 г. выступала под названием Northrop Aircraft Inc. В Northrop Corp. разработаны истребители F-5 и YF-17, а также учебно-тренировочный самолет Т-38.

«Панавиа» (Великобритания/ФРГ/Италия) Panavia Aircraft GmbH-международное объединение, образованное в 1969 г. с целью разработки и производства многоцелевого истребителя изменяемой геометрии «Торнадо». Объединяет предприятия Великобритании (ВАС), ФРГ (Messerschmitt- Bolkow-Blhom) и Италии (AER-Italia).

«Рипаблик» (США) Фирма Republic Aviation Corp. возникла в 1931 г. под названием Seversky Aircraft Corp. В 1965 г. объединилась с Fairchild Hiller Corp., получив название Fairchild Republic Со. Фирма разработала истре- битель-бомбардировщик F-105.

«Рокуэлл» (США) Американский концерн Rockwell International Corp. создан в 1967 г. путем объединения North American и Rockwell- Standard с первоначальным названием North American Rockwell Corp. Современное название носит после присоединения Rockwell Manufacturing Со. Разработаны бомбардировщик В-1 и истребитель ВВП XFV-12A.

«SAAB-Скания» (Швеция) Шведская фирма SAAB-Scania Aktiebolag возникла в 1928 г. под первоначальным названием Svenska Aeroplan Aktiebolaget как отделение концерна. С 1937 г. является независимой и выступает под названием SAAB. В 1969 г. объединилась с концерном Scania- Vabis и получила современное название. Разработаны самолеты «Дракен» и «Виг- ген».

Рис. 1.100. Истребитель-бомбардировщик Су-7Б.

«Саундерс Роу» (Великобритания) Saunders Roe Ltd.-британская судостроительная фирма, которая в 1912 г. начала производство самолетов. Разработан самолет с комбинированной двигательной установкой S.R.53.

SEPECAT (Франция) Объединение SEPECAT (Societe Europeenne de Production de l'Avion d'Ecole de Combat et d'Appui Tactique), созданное в 1965 г. правительствами Франции и Великобритании, контролировало разработку самолетов «Ягуар».

SNCASO (Франция) Societe Nationale de Constructions Aeronautiques Sud-Ouest – французское самолетостроительное объединение, возникшее в 1936 г. после национализации фирм Marcel Bloch, SASO, UCA и Liore-Et- Olivier. В 1957 г. включено в состав Sud Aviation. Разработчик истребителя «Три- дан» с комбинированной двигательной установкой.

ОКБ им. П. О. Сухого (СССР) Конструкторское бюро П. О. Сухого (1895-1975) создано в 1939 г. Работы над сверхзвуковыми самолетами начаты в 1953 г. Разработаны истребители и истребители-бомбардировщики, в том числе самолеты с изменяемой геометрией крыла серии «Су».

«Сюд авиасьон» (Франция) Французское объединение, образованное в 1957 г. путем слияния SNCASO и SNCASE (Sud-Est). В 1970 г. включено в состав Aerospatiale. Разработан (совместно с ВАС) пассажирский самолет «Конкорд».

«Сюд-Эст» (Франция) Aviation Societe Nationale de Constructions Aeronautiques Sud-Est (иногда используется сокращенное название SNCASE)-французское самолетостроительное объединение, образованное в 1936 г. путем национализации Liore-et-Olivier, Potez, Romano и SPCA. В 1957 г. включено в состав Sud Aviation. Разработан истребитель S.E.212.

ОКБ им. А. Н. Туполева (СССР) Конструкторское бюро А. Н. Туполева (1888-1972) образовано в 1922 г. Разработаны тяжелые военные самолеты и пассажирский самолет Ту-144.

ОКБ А. С. Яковлева (СССР) Конструкторское бюро А. С. Яковлева образовано в 1923 г. Разработало серийный многоцелевой истребитель Як-28.

Часть вторая ОБЗОР СВЕРХЗВУКОВЫХ САМОЛЕТОВ

Х-1 фирмы «Белл» – одноместный экспериментальный самолет с реактивным двигателем-США, 1946 г.

История создания. В декабре 1943 г. на совместном заседании представителей NACA, ВВС, ВМС и промышленности США была предварительно определена программа исследований высоких скоростей полета с перспективой их использования для военных целей. Поскольку промышленность в то время была перегружена массовым производством военных самолетов, лишь фирма «Белл» выразила готовность приступить к проведению соответствующих исследований, с которой 30.11.1944 г. было подписано соглашение о разработке и строительстве опытного экземпляра самолета с обозначением МХ-524, а также о проведении исследований его характеристик во время полета с околозвуковой скоростью. Начатые в конце 1944 г. под руководством Р. Вудса работы были завершены в январе 1946 г. созданием первого, а несколько позднее и второго экземпляров самолета Х-1 (первоначальное обозначение было изменено на МХ-1, затем на XS-1 и окончательно Х-1).

На первом опытном образце было выполнено большое количество планирующих полетов, в которых были определены аэродинамические характеристики самолета. Не оснащенный двигателем опытный самолет стартовал с носителя, роль которого выполнял модифицированный бомбардировщик «Летающая крепость» В-29 фирмы «Боинг». При скорости 240 км/ч бомбосбрасыватель отделял Х-1 от В-29 на соответствующей высоте, после чего Х-1 добирался до аэродрома в планирующем полете. В ходе последующих исследований сбрасывание осуществлялось при всевозрастающих скоростях полета. 9 декабря 1946 г. пилотом С. Гудлином был осуществлен облет второго опытного экземпляра самолета, на котором были установлены двигатель и все необходимое оборудование. После 20 полетов с двигателем была достигнута скорость, соответствующая M = 0,8, и лишь 14.10.1947 г. была превзойдена (М = 1,05) недосягаемая до этого времени скорость звука. Это совершил пилот Ч. Егер на первом опытном экземпляре самолета.

В 1947-1948 гг. на нем было выполнено свыше 80 полетов, причем последний полет (в январе 1949 г.) был осуществлен при самостоятельном старте с половинным запасом топлива, благодаря чему разбег составлял лишь около 700 м при скорости отрыва 273 км/ч. В 1948 г. на этом экземпляре самолета была достигнута максимальная скорость 1556 км/ч на высоте 14000 м (что соответствовало M = 1,46), а в 1949 г.-максимальная высота, равная 21 383 м. В общей сложности были изготовлены три экземпляра самолета Х-1, первый из которых в 1949 г. был передан в музей, а второй (модифицированный) получил новое обозначение Х-1 ? (третий в ноябре 1951 г. сгорел в воздухе в результате аварии самолета-носителя).

В конце 1951 г. начались работы по созданию самолета Х-1 А, представляющего собой усовершенствованный вариант третьего образца самолета Х-1, который предназначался для исследований при более высоких сверхзвуковых скоростях полета. Летные испытания этого самолета были начаты в апреле 1953 года. 12 декабря пилот Ч. Егер достиг на нем максимальной скорости 2655 км/ч (М = 2,5) на высоте свыше 21000 м, а летом 1954 г.-максимальной высоты 27 450 м. Летом 1955 г. самолет Х-1А взорвался спустя 17 с после его отделения от самолета-носителя В-29. Второй экземпляр самолета Х-1 А, приспособленный для проведения исследований аэродинамического нагрева, получил обозначение Х-1 В. Исследования проводились в 1954-1958 гг., после- чего самолет был переоборудован для оценки эффективности системы трехосного струйного (реактивного) управления.

Рис. 2.1. Первые опытные образцы экспериментального одноместного самолета Х-1 с ракетным двигателем.

Кроме вышеназванных пяти самолетов, был построен также опытный образец модификации X-1D (программа Х-1С была аннулирована до завершения разработки соответствующего варианта самолета), который взорвался 23.08.1951 г. во время своего первого полета в воздухе в момент отделения от носителя В-50 (модификация В-29). На этом закончилась наиболее дорогостоящая и рискованная (по тем временам) исследовательская программа. Тем не менее она позволила получить множество ценных данных, касающихся главным образом поведения самолета в области околозвуковых скоростей.

Описание самолета. Самолет Х-1 является среднепланом, построенным по классической схеме, с прямым трапециевидным крылом удлинения 6,0. В зависимости от модификации самолета крылья выполняются из ламинарных профилей относительной толщины: 10% (второй экземпляр Х-1 до переделки), 8% (первый и третий экземпляры Х-1 и Х-1 D) и 4% (Х-1 А и Х-1Е). Они оснащены закрылками и элеронами. Обшивка крыла выполнена из дюралевых листов толщиной 12,7 мм в околофюзеляжных частях и приблизительно 3,2 мм на концах. Оперение-классической схемы, с рулями высоты и направления, причем стабилизатор закреплен шарнирно и оснащен серводвигателем с винтовым домкратом, обеспечивающим изменение угла установки стабилизатора в полете. Так как самолет рассчитывался на максимальную скорость около 2720 км/ч, то основное внимание было уделено аэродинамическому проектированию фюзеляжа.

В рамках предварительных исследований проводился анализ траекторий баллистических моделей и возникающих при их движении ударных волн. Эти исследования проводились с использованием фотоснимков, полученных при испытаниях на баллистических трассах, которые дополнялись испытаниями соответствующих моделей в аэродинамической трубе. В результате было установлено, что наилучшей для корпуса сверхзвукового самолета является форма, близкая к оживальной форме снаряда. Из этих соображений кабина пилота была полностью вписана в геометрический контур фюзеляжа с использованием для этого неразъемного фонаря и расположенной с правой стороны дверцы кабины. Частые аварии и катастрофы вынудили конструкторов использовать типовой фонарь кабины с неподвижной передней и откидной остальной частью. Модифицированная защита кабины использовалась в самолетах Х-1 А, Х-1 В и Х-1Е. Трехстоечное шасси с одинарными колесами полностью убиралось в фюзеляж. Планер самолета был рассчитан на перегрузки от + 18 до – 10.

Двигательная установка. Во всех модификациях самолета использован четырехкамерный ЖРД XLR-11-RM-5 фирмы «Риэкшн моторз» тягой 26,69 кН (2722 кГ). Система управления двигателем позволяет включать в работу любое число камер (от одной до всех четырех), каждая из которых развивает максимальную тягу 6,67 кН (680,5 кГ). Топливо (спирт и жидкий кислород) находится в баках, размещенных соответственно за узлами крепления крыла и перед ними. В проекте предусматривалось, что топливо будет подаваться к двигателю с помощью насосов, однако в самолете Х-1 была применена вытеснительная система подачи, поскольку насосы с необходимыми характеристиками своевременно разработать не удалось. Вытеснительная система состояла из 12 сферических баллонов с азотом, что значительно увеличило собственную массу самолета. В целях уменьшения взлетной массы количество топлива ограничили до 2310 кг, что повлекло за собой сокращение времени работы двигателя с планировавшихся 10 до 2,5 мин. В остальных модификациях самолета (Х-1 А, …, 1Е), кроме использования топливных насосов, был удлинен фюзеляж на 1,4 м; это позволило разместить дополнительные баки, увеличить массу топлива до 2680 кг и продлить время работы двигательной установки при максимальной тяге до 4,2 мин. В целях повышения безопасности на период проведения испытаний самолета жидкий кислород был заменен раствором перекиси водорода.

Летно-технические данные

Рис. 2.2. Проекции экспериментальных самолетов Х-1 и Х-1 А.

Рис. 2.3. Компоновочная схема экспериментального самолета Х-1.

1-баллон с азотом; 2-кабина пилота; 3-семь баллонов с азотом; 4-бак с жидким кислородом емкостью 1200 л; 5-исследовательское оборудование; 6-ЖРД; 7-два баллона с азотом; 8-бак со спиртом емкостью 1160 л; 9-колеса главных стоек шасси; 10-баллоны с азотом; 11 -колеса передней стойки шасси.

«Скайрокет» D-558-II фирмы «Дуглас»-одноместный экспериментальный самолет с комбинированной двигательной установкой – США, 1948 г.

История создания. Уже в 1945 г. фирма «Дуглас» начала заниматься исследованием явлений, присущих сверхзвуковым скоростям полета. На первом этапе совместно с NACA был спроектирован и изготовлен опытный самолет D-558-I «Скайстрик». Это был типичный для того времени среднеплан с прямым крылом ламинарного профиля с относительной толщиной 10%. Самолет был предназначен для исследования и измерения аэродинамических нагрузок, действующих на самолет при околозвуковом полете, поскольку измерение таких нагрузок в аэродинамической трубе оказалось в то время еще невозможным. 25.08.1947 г. на самолете D-558-I был установлен абсолютный рекорд скорости полета 1047,5 км/ч. На втором этапе исследований по заказу военно-морской авиации США был изготовлен самолет модификации D-558-II «Скайрокет». Он предназначался для исследования стреловидного крыла при сверхзвуковых скоростях и прежде всего для определения предельного числа Маха, до которого возможно применение обычных, дозвуковых профилей.

Облет первого из трех опытных образцов самолета был осуществлен 4.02.1948 г. В этом же году были начаты летные исследования, которые на начальном этапе включали определение устойчивости и управляемости самолета при околозвуковых скоростях без использования двигательной установки. На следующем этапе исследований проводились полеты в более широком диапазоне чисел Маха. Во время их проведения были собраны ценные аэродинамические данные, характеризующие, в частности, сопротивление самолета, максимальную подъемную силу, критические режимы по скорости и углам атаки, изменение устойчивости и управляемости. Были также получены сведения о распределении давления по поверхности самолета, усилиях в системе управления, распределении напряжений в конструкции, температуре обшивки, а также скорости, при которых наступает бафтинг оперения. На заключительном этапе работ один из самолетов был реконструирован для исследований влияния наружных подвесок (бомб, топливных баков и т.п.) при сверхзвуковом полете.

В процессе проведенных исследований были зарегистрированы следующие максимальные скорости и высоты полетов: в мае 1949 г. была достигнута скорость 1170 км/ч (М = 1,05) на высоте 7600 м; в августе 1951 г. была достигнута высота 20 800 м и скорость 1980 км/ч (М = 1,875); в августе 1953 г.-высота 25386, а в октябре – скорость 2040 км/ч (М = 1,96). Самолет D-558-II был первым пилотируемым летательным аппаратом, на котором 21.11.1953 г. была в два раза превзойдена скорость звука (М = 2,01, 2120 км/ч). Полученные результаты являются тем более интересными, что самолет «Скайрокет» со своим дозвуковым крылом (угол стреловидности 35°) проектировался на максимальную скорость, соответствующую M = 1,4.

Описание самолета. «Скайрокет» представляет собой среднеплан со стреловидным крылом, имеющим отрицательное поперечное V. В конструкции крыла использованы обычные дозвуковые профили с закругленным носком и относительной толщиной 10%. Угол стреловидности (по линии фокусов) составляет 35°, а удлинение крыла выбрано равным 3,57. Крыло снабжено автоматическими предкрылками и обычными элеронами с весовой балансировкой. Фюзеляж самолета полумонококовой конструкции, выполненный из сплавов алюминия, имеет диаметр 1525 мм в миделевом сечении. Горизонтальное и вертикальное оперение самолета стреловидное, классической схемы, с рулями высоты и направления. В передней части фюзеляжа размещена герметическая кабина пилота, которая в аварийных ситуациях отделяется от самолета (вместе с носовой частью фюзеляжа). В целях уменьшения сопротивления фонарь кабины на первом летном образце самолета вписывался в контур фюзеляжа. Однако при этом видимость из кабины оказалась недостаточной, вследствие чего фонарь был реконструирован в обычный (типовой), состоящий из выступающего козырька и обтекателя. Обшивка фюзеляжа выполнена преимущественно из магниевых сплавов. Трехопорное (трехстоечное) шасси убирается в фюзеляж.

Рис. 2.4. Экспериментальный самолет D-558 с работающими ракетными ускорителями в полете.

Рис. 2.5. Модифицированный опытный образец D-558-II.

Рис. 2.6. Проекции экспериментального самолета «Скайрокет» D-558-II.

В целях измерения характеристик полета и состояния конструкции самолет был оснащен измерительным оборудованием общей массой 2830 кг. Кроме того, использовались специальные манометры, измеряющие давление в 400 точках поверхности крыла и оперения, а также 904 тензодатчика для измерения сил в системе управления и напряжений в элементах планера. Результаты измерений и показания приборов автоматически регистрировались осциллографом и пятью кинокамерами.

Двигательная установка. На самолете используется комбинированная двигательная установка, состоящая из турбореактивного двигателя J-34 (W24C) фирмы «Вестингауз» со статической тягой 13,34 кН (1360 кГ) и жидкостного ракетного двигателя 6000С фирмы «Риэкшн моторз» с четырьмя камерами сгорания тягой 6,67 кН каждая (полная тяга 26,67 кН примерно постоянна на всех высотах). Турбореактивный двигатель обеспечивает взлет, полет в области околозвуковых скоростей и посадку, а ракетный двигатель предназначается исключительно для увеличения тяги при проведении исследований в области сверхзвуковых скоростей в течение нескольких минут. Для достижения рекордных скоростей полета в 1951 г. на одном из этих самолетов вместо ТРД был установлен топливный бак, позволивший в два раза увеличить время работы жидкостного ракетного двигателя.

Турбореактивный двигатель располагается в средней части фюзеляжа, а ракетный-в хвостовой. Боковые воздухозаборники установлены в нижней передней части фюзеляжа, а два выхлопных сопла-в его нижней части, за задней кромкой крыла. При полете на ТРД сопла ракетного двигателя закрываются специальным конусообразным обтекателем, представляющим собой хвостовую часть фюзеляжа. Взлет самолета осуществляется с помощью двух стартовых твердотопливных ускорителей, установленных по бокам фюзеляжа и сбрасываемых после сгорания топлива. Для полета на высоте около 10 500 м в качестве носителя использовался тяжелый бомбардировщик В-29.

Летно-технические данные

Размах крыла, м 7,62

Угол стреловидности, ° 35

Длина, м 13,8

Высота, м 3,5

Площадь несущей поверхности, м2 16,26

Нормальная взлетная масса, кг 9000

Удельная нагрузка на крыло, кг/м2 553

Отношение массы самолета к тяге, кг/даН

– без ракетного двигателя 6,73

– с ракетным двигателем 2,24

Максимальное число Маха 2,01

Максимальная скорость, км/ч 2120

Посадочная скорость, км/ч 240

Потолок, м 25386

Х-3 фирмы «Дуглас»-одноместный экспериментальный самолет с турбореактивным двигателем-США, 1952 г.

Рис. 2.7. Экспериментальный самолет Х-3.

История создания. Заключенный в 1947 г. фирмой «Дуглас» контракт предусматривал проектирование и строительство самолета для исследований свойств трапециевидных крыльев с малым удлинением и аэродинамического нагрева при полетах со скоростями ? = 2,0-^3,0. Работы по созданию самолета, обозначенного Х-3, продолжались пять лет. За это время фирма исследовала свыше 60 вариантов различных аэродинамических и компоновочных схем самолета и все доступные типы двигательных установок, включая и комбинированные. В своем выборе специалисты остановились на классической схеме планера и двигательной установке, состоящей из двух разработанных к этому времени турбореактивных двигателей J46 фирмы «Вестингауз» с тягой 31,14-37,75 кН. В период создания опытного образца самолета был увеличен диаметр двигателей, и они оказались непригодными для самолета, что привело к необходимости использования двигателей примерно в два раза меньшей тяги. Это не могло не сказаться на характеристиках Х-3, который превратился в самолет, едва достигающий околозвуковой скорости, и был пригоден только для исследования вибраций типа бафтинга. С самолетом Х-3 ВВС США связывали большие надежды, так как считалось, что он должен сыграть важную роль в повышении боевой мощи авиации противовоздушной обороны. Исходя из этих соображений, все данные, касающиеся этого самолета, вначале были тщательно засекречены. После же получения неудовлетворительных результатов испытаний их вообще не стали публиковать.

Создание опытного образца самолета было закончено в ноябре 1951 г. Однако вследствие замены двигательной установки и связанных с ней модификаций конструкции первый полет самолета был совершен 20 октября 1952 г. Испытания проводились до конца 1956 г. В одном из полетов была достигнута максимальная скорость, соответствующая M = 1,25. В процессе проведения исследований выяснилось, что из-за низкой тяговооруженности, большой удельной нагрузки на крыло и высоких скоростей взлета и приземления самолет является небезопасным в эксплуатации, особенно во время взлета и посадки.

Описание самолета. Х-3 представляет собой выполненный по классической схеме среднеплан с прямым трапециевидным крылом, изготовленным с применением ромбовидных профилей относительной толщины около 3% (максимальная толщина расположена на 2/3 хорды).

Крыло оснащено носовыми щитками, элеронами и щелевыми закрылками с внешними узлами навески, размещенными в удлиненных подкрыльевых обтекателях. Благодаря тому что фюзеляж имеет вытянутую переднюю часть, почти треугольное поперечное сечение и балочное завершение, самолету Х-3 было дано прозвище «летающая авторучка». Кабина пилота вписана в геометрический контур средней части фюзеляжа и оснащена ветрозащитным козырьком треугольного сечения, выполненным из двух пластин органического стекла. Кресло пилота (смещенное назад и влево от оси симметрии) в случае аварии катапультируется вниз; оно оборудовано двумя стабилизаторами и автоматом, отделяющим пилота от кресла на высоте 3400 м. При покидании самолета на меньших высотах отделение пилота от кресла происходит по истечении 3 с после катапультирования. Поскольку при расчетной скорости полета (3 М) может произойти значительное повышение температуры конструкции, возникла необходимость использования в кабине кондиционера с водяным испарителем, а также искусственного охлаждения передней части фюзеляжа с помощью принудительной циркуляции топлива под обшивкой. Хвостовое оперение-симметричное, нормальной схемы с управляемым стабилизатором и рулем направления. Управление осуществляется с помощью необратимого гидропривода. Трехопорное шасси с одинарными колесами полностью убирается в фюзеляж.

Рис. 2.8. Проекции экспериментального самолета Х-3.

Самолет Х-3, проектировавшийся как летающая аэродинамическая лаборатория, был оснащен разнообразной контрольно-измерительной и регистрирующей аппаратурой общей массой около 550 кг. Давления измерялись в 850 точках поверхности самолета, механические напряжения-в 185 точках, а температура – в 150 точках.

Двигательная установка. Два турбореактивных двигателя J34-WE-17 фирмы «Вестингауз» тягой 18,63 кН (1900 кГ) каждый с форсажной камерой размещены в средней части фюзеляжа рядом в горизонтальной плоскости. Между двигателя

ми расположен топливный бак. Боковые нерегулируемые воздухозаборники плоско-овального сечения находятся в верхней части фюзеляжа, непосредственно за кабиной пилота. Воздухозаборники имеют щели для отвода пограничного слоя с поверхности фюзеляжа. Сопла двигателей, также регулируемые, расположены в конце средней части фюзеляжа, под балочным кронштейном крепления оперения.

Летно-технические данные

Размах крыла, м 6,91

Длина, м 21,78

Высота, м 3,80

Площадь несущей поверхности, м2 15,25

Масса пустого самолета, кг 6 800

Взлетная масса (ном./макс.), кг 12250/13600

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м 2 803/892

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 2,28/3,65

Максимальное число Маха 1,25

Посадочная скорость, км/ч 320-350

МиГ-19-одноместный многоцелевой истребитель конструкции А. И. Микояна-СССР, 1952 г.

Рис. 2.9. Истребитель-перехватчик МиГ-19П польских ВВС.

История создания. В конце 1950-начале 1951 гг. конструкторские бюро А. И. Микояна, А. С. Яковлева и С. А. Лавочкина приступили к разработке всепогодных сверхзвуковых истребителей, способных выполнять боевые задачи в любое время суток. Первое бюро предложило проект И-360 (СМ-2), второе-Як-25, а третье JIa-200. Прототипом первого из них был И-350 (М), разработка которого началась в 1948 г. Это был однодвигательный (ТР-ЗА) самолет с углом стреловидности крыла 55°. Первый полет самолета был осуществлен 16.06.1951 г. В июле 1951 г. было принято решение о серийном производстве самолетов И-360 и Як-25, которые вместе с бомбардировщиком Ту-16 конструкции А. Н. Туполева в 50-х годах представляли собой основу боевой мощи советской военной авиации.

В самолете И-360 (СМ-2), который при серийном производстве получил обозначение МиГ-19, используются два двигателя А М-25 конструкции А. А. Микулина. В первом полете, осуществленном 27.05.1952 г., была развита скорость, соответствующая ? = 1,1. Использование модифицированных двигателей АМ-5Ф позволило повысить полетное число Маха до 1,4. Во время опытных полетов, выполнявшихся в 1953-1954 гг., была достигнута максимальная скорость 1650 км/ч при динамическом потолке около 20 000 м. Применение в последующем ракетного ускорителя позволило достичь скорости 1930 км/ч и потолка 24 000 м. Облет предсерийного самолета СМ-9 был совершен 5.01.1954 г., а 3.07.1955 г. самолет впервые был показан на воздушном параде в Тушино.

Кроме СССР, МиГ-19 был принят на вооружение военной авиацией Польши, Чехословакии, Венгрии, Болгарии, Кубы, КНР. Производство этого самолета было налажено также в Чехословакии (под обозначением S-105) и в Китайской Народной Республике («Сенянь» F-6). Были разработаны и выпускались следующие модификации самолета:

– фронтовые истребители МиГ-19, МиГ-19С (получивший наиболее широкое распространение) и МиГ-19Ф;

– перехватчик МиГ-19П (способный действовать ночью и в неблагоприятных атмосферных условиях), МиГ-19ПМ и МиГ-19ПФ; -разведчик МиГ-19Р;

– опытные СМ-10 (с оборудованием для дозаправки топливом в полете), СМ-30 (нулевой старт с катапульты), СМ-12П (со сверхзвуковым воздухозаборником) и СМ-50 (с ракетными ускорителями).

Рис. 2.10. Компоновочная схема многоцелевого истребителя МиГ-19.

Разные модификации серийных самолетов отличались друг от друга применявшимися двигателями, вооружением и оборудованием, формой воздухозаборника, конструкцией фонаря кабины и горизонтальным оперением.

Указанные технические изменения, введенные в различные модификации самолета, позволяли добиться улучшения тех характеристик, которые для данной модификации являлись основополагающими. Так, использование дополнительного ЖРД на одной из модификаций истребителя-перехватчика позволило значительно увеличить скороподъемность и потолок самолета. В 1958 г. на этом самолете были достигнуты скорость 1720 км/ч и высота 17 400 м. Впоследствии жидкостный ракетный двигатель как менее удобный в эксплуатации был заменен твердотопливным с тягой 32 кН. Запуск двигателя мог быть осуществлен на любой высоте и скорости полета. Это позволило увеличить максимальную скорость до 1800 км/ч, а время подъема на высоту 20 000 м сократить до 8 мин. Для обеспечения нормальных условий работы пилота, особенно при повышенных скоростях полета, на самолетах использовались турбохо- лодильники, осуществляющие кондиционирование воздуха в кабине. В процессе доработки самолета для улучшения аэродинамических характеристик была увеличена до 58° стреловидность крыла и уменьшена его относительная толщина. С целью облегчения управления самолетом по тангажу и для выбора оптимальных углов поворота управляемого стабилизатора на различных скоростях полета в канале тангажа был установлен автомат регулировки управления.

Рис. 2.11. Истребитель МиГ-19С.

Эффективность истребителей-перехватчиков зависит не только от их летных характеристик и огневой мощи, но и во многом от внезапности, с которой они атакуют противника. Таким самолетом, неожиданно появляющимся перед неприятелем вдали от аэродромов, должен был стать истребитель-перехватчик безаэродромного взлета СМ-30. В 1956 г. после продолжительных работ по совершенствованию конструкции и аэродинамики самолета, а также его двигательной установки был осуществлен первый беспилотный старт самолета, для которого использовались передвижная катапульта и стартовый 400-кг пороховой ускоритель. Старт происходил при работающих в форсированном режиме основных двигателях. Позднее с модернизированной катапульты на этом самолете совершали полеты летчики-испытатели Шиянов Г. М., Иванов В. Г., будущий космонавт Береговой Г. Т. и другие.

Проведенные испытания показали перспективность использования такого самолета для нужд обороны и подтвердили безопасность воздействия перегрузок на организм летчика в момент старта. Однако ввиду нерешенной проблемы посадки самолета и появления в этот период времени высокоэффективных мобильных ракет класса земля-воздух дальнейшие работы над модификацией СМ-30 были прекращены.

Рис. 2.12. Проекции многоцелевого истребителя МиГ-19.

Описание самолета. МиГ-19 представляет собой построенный по классической схеме среднеплан со стреловидным крылом (55° по передней кромке), оснащенным закрылками, элеронами, интерцепторами и аэродинамическими гребнями. Профиль крыла имеет относительную толщину 8,73% в корневом сечении и 8% на концах. Закрылки с перемещаемой осью вращения (типа ЦАГИ) расположены в околофюзеляжных частях крыла; во время работы они выдвигаются назад приблизительно на 40% хорды.

В системе поперечного управления использованы элероны с внутренней аэродинамической компенсацией, а также интерцепторы, расположенные на нижней поверхности консолей крыла.

Интерцепторы взаимодействуют с элеронами таким образом, что при отклонении элерона вниз на этом же полукрыле выдвигается интерцептор. Вертикальное оперение – классическое, стреловидное, с рулем направления постоянной толщины. В опытных и первых серийных самолетах применялось классическое горизонтальное оперение, располагавшееся на киле, по аналогии с самолетами МиГ-15 и МиГ-17. Малая эффективность такого оперения при сверхзвуковых скоростях заставила разместить (начиная с модификации МиГ-19С) стабилизатор на фюзеляже и сделать его управляемым. В системе рулевого управления применены гидроусилители, питаемые от отдельной установки.

Вследствие использования в самолете двух- двигательной силовой установки его фюзеляж имеет в передней части круглое поперечное сечение, а в хвостовой овальное с уменьшающейся боковой поверхностью.

В целях повышения путевой устойчивости была увеличена площадь вертикального оперения за счет устройства килевого гребня, а также применения подфюзеляжного киля. Кабина пилота имеет стационарное переднее остекление и подвижной фонарь. В первых модификациях самолета использовался неразъемный, перемещаемый продольно фонарь; в последних же нашли применение фонари со стационарной задней и отодвигаемой в сторону передней частью.

Начиная с модификации МиГ-19С, в самолетах используются катапультируемые сидения с телескопическим выбрасывающим механизмом, обеспечивающим более безопасное покидание самолета при больших скоростях полета. Шасси трехстоечное с одинарными колесами. Передняя стойка убирается в носовую часть, главные стойки-в ниши крыла. Самолет (начиная с модификации С) оснащен трехсекционными тормозными щитками и тормозным парашютом, который располагается в отсеке нижней хвостовой части фюзеляжа.

Двигательная установка. В самолете использована система двух двигателей небольшого диаметра, расположенных в горизонтальной плоскости. На опытных экземплярах самолета применялись двигатели АМ-5 и АМ-5Ф, а в самолетах серийного производства – турбореактивные двигатели РД-9Б тягой 25,99 кН (2650 кГ) без форсирования и 31,87 кН (3250 кГ) с форсированием. Внутреняя топливная система (фюзеляжные и крыльевые баки) может быть дополнена двумя баками, подвешиваемыми под крылом. Воздухозаборник-центральный, нерегулируемый, с перегородкой, делящей входной канал на две части. Для обеспечения способности самолета в модификации МиГ-19П выполнять благодаря использованию бортовой РЛС ночные полеты в неблагоприятных атмосферных условиях оказалось необходимым переделать переднюю часть фюзеляжа. Эта переделка прежде всего коснулась воздухозаборника, где была помещена антенна. Поэтому пришлось изменить контур кромки заборника, выдвинув ее верхнюю часть вперед, а в перегородке разместить конусообразный обтекатель антенны.

Вооружение. Стационарное вооружение самолета состоит из трех (МиГ-19С) или двух (МиГ-19П) пушек НР-30 (калибр 30 мм), размещенных в околофюзеляжных частях крыла (с зарядными лентами, уложенными вдоль передней кромки), а также в перегородке воздухозаборника (самолет МиГ-19ПМ не имел стрелкового оружия). Самолет оснащен четырьмя подкрыль- евыми пилонами, на которых крепятся ракеты, бомбы и контейнеры со снарядами.

Летно-технические данные МиГ-19С

Размах крыла, м 9,2

Длина, м 12,6

Высота, м 3,88

Площадь несущей поверхности, м2 25,0

Масса пустого самолета, кг 5172

Взлетная масса (ном./макс.), кг7500/8500

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 300/340

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,17/1,34

Максимальная скорость на высоте 10000 м, км/ч 1450

Полетная скорость с грузом на наружных подвесках, км/ч 950

Взлетная скорость, м/с 120

Максимальный потолок, м 18 700

Радиус действия (ном./макс.), км 1390/1800

«Тридан» фирмы SNCASO – одноместный истребитель-перехватчик- Франция, 1953 г.

Рис. 2.13. Истребитель-перехватчик «Тридан» I.

История создания. В начале 50-х годов французская промышленность приступила к созданию серии легких истребителей различных аэродинамических схем с прямыми, стреловидными и треугольными крыльями, с реактивными двигателями различных типов (газотурбинными, ракетными и т.п.), в том числе с комбинированными двигательными установками. Первым из этой серии был опробован самолет «Тридан», а впоследствии и самолеты «Жерфо», «Гриффон» фирмы «Нор», «Мираж» фирмы «Дассо», «Дюрандаль» фирмы «Сюд-Уэст» и 022 фирмы «Ледюк». Свои первые работы над самолетом-перехватчиком с большой скороподъемностью фирма SNCASO (Национальное авиационное промышленное объединение «Сюд- Уэст») начала в 1948 г. Результатом разработок явился самолет S.0.9000 «Тридан» (названный впоследствии «Тридан» I) с комбинированной (турборакетной) двигательной установкой, на котором 2 марта 1953 г. совершен пробный полет. В декабре 1955 г. самолет достиг скорости, соответствующей M = 1,7.

На основе результатов летных испытаний двух опытных образцов в 1954 г. были заказаны два других экземпляра усовершенствованной конструкции S.0.9050 «Тридан» II. Испытание первого из них (с турбореактивным двигателем) прошло 17 июля 1955 г., а 21 декабря начались полеты самолета и с ракетным двигателем. В 1955 г. фирма получила заказ на изготовление 6 самолетов для эксплуатационных испытаний (облет первого из них состоялся 3.05.1957 г.). Во время полетов была достигнута расчетная скорость (в горизонтальном полете равная ~ 2000 км/ч), а также установлено несколько мировых рекордов по скороподъемности и высоте. В процессе летных испытаний произошли две катастрофы (в 1956 г.-во время посадки, а в 1957 г.-во время взлета), которые, по всей вероятности, повлияли на то, что в серийное производство был принят самолет «Мираж», хотя предполагалось, что «Тридан» II станет основным типом истребителя-перехватчика в системе воздушной обороны стран Западной Европы.

Описание самолета. «Тридан» I представляет собой построенный по классической схеме средне- план с прямым крылом малого удлинения, оснащенным элеронами (размах 0,8 м, хорда 0,6 м) и закрылками. Профиль крыла имеет постоянную хорду 2,4 м и относительную толщину 4%. Элероны включены в систему управления параллельно с дифференциальным стабилизатором. При испытаниях было отмечено, что поперечная управляемость самолета лучше расчетной. Поэтому уже во время их проведения было уменьшено передаточное отношение с целью уменьшения отклонения элеронов на 1/3, а затем на 2/3. В конце концов элероны были сделаны неподвижными. Поэтому крыло самолета «Тридан» II оснащено только закрылками, расположенными по всему размаху, так что поперечное и продольное управление обеспечивается работой дифференциального горизонтального оперения, имеющего отрицательный угол поперечного V 12°. Другой характерной особенностью самолета «Тридан» является наличие поворотного киля, причем все три плоскости хвостового оперения с точки зрения конструкции и размеров совершенно идентичны (все они имеют оси поворота, расположенные на 1/3 хорды от носка) и взаимозаменяемы. Привод органов управления выполнен по необратимой схеме.

В фюзеляже веретенообразной формы с конической передней частью находятся кабина пилота, топливные баки, ракетный двигатель. В самолете «Тридан» I была применена негерметичная кабина (пилот для полета надевал специальный комбинезон), представляющая собой одно целое с конической передней частью фюзеляжа, которая в аварийных ситуациях могла отделяться от самолета и стабилизироваться специальным парашютом. Такое стабилизированное падение должно было продолжаться до определенной высоты, на которой открывался основной парашют. Удар в момент приземления должен был амортизироваться вонзающимся в землю остроконечным носом фюзеляжа. В отличие от этой системы на самолете «Тридан» II применены герметичная кабина и катапультируемое сидение. Расположенные в средней части фюзеляжа баки горючего и окислителя закреплены таким образом, что в случае аварийной ситуации во избежание взрыва они также катапультируются. Трехстоечное шасси с одинарными колесами полностью убирается вперед, в фюзеляж. Шасси обеспечивает использование самолетом неподготовленных аэродромов с травяным покрытием. Фюзеляж самолета имеет полумонококовую конструкцию, а консоли крыла и оперение выполнены по двухлонжеронной схеме. В самолете широко используются клееные конструкции (особенно при изготовлении многослойной обшивки).

Рис. 2.14. Носовая часть фюзеляжа истребителя «Тридан» II.

Рис. 1.15. Проекции истребителя «Тридан» II S.0.9050.

Двигательная установка. Силовая установка комбинированного типа состоит из двух турбореактивных двигателей, размещенных в гондолах на концах крыла, и ракетного двигателя, установленного в хвостовой части фюзеляжа. Ракетный двигатель может работать с различным числом включенных камер и является основным в двигательной установке, тогда как выполняющие вспомогательную функцию турбореактивные двигатели облегчают старт и подъем, обеспечивают полет на малых скоростях, посадку и т.п. Применение форсажных камер в турбореактивных двигателях резко изменило ситуацию. В результате ЖРД стал выполнять функции вспомогательного двигателя, обеспечивающего необходимую тягу во время подъема и максимальную скорость в горизонтальном полете. На опытных образцах самолета «Тридан» I устанавливались турбореактивные двигатели без форсажных камер фирмы «Тюрбомека» «Марбор» II тягой 3,92 кН (400 кГ) и трехкамерный ракетный двигатель SEPR 251 с максимальной тягой 3912,26 кН (3750 кГ) и временем работы до 4,5 мин. В самолетах «Тридан» II были применены турбореактивные двигатели с форсажными камерами-сначала «Вайпер» (MD.30) фирмы «Армстронг сиддли» тягой 7,35 кН (750 кГ), а затем (начиная с четвертого летного образца) «Габизо» фирмы «Тюрбомека» тягой 10,79 кН (1100 кГ) без форсирования и 14,71 кН (1500 кГ) с форсированием, а также двухкамерный ракетный двигатель SEPR 631 с максимальной тягой 29,42 кН (3000 кГ). Таким образом, «Тридан» II стал первым самолетом, у которого значение тяги в момент старта превышало взлетный вес.

Летно-технические данные «Тридан» I «Тридан» II

Размах крыла, м 8,15 6,86

Длина, м 14,0 12,95

Высота, м 3,13 3,13

Площадь несущей поверхности, м2 9,2 14,5

Масса пустого самолета, кг – 2625

Нормальная взлетная масса, кг 5000 5150

Масса самолета при посадке, кг 3000 -

Масса топлива во внутренних баках, кг 2265 –

Номинальная удельная нагрузка на крыло, кг/м2 543 355

Удельная нагрузка на крыло при посадке, кг/м2 – 207

Номинальное отношение массы самолета к тяге при форсировании, кг/даН 1,12 0,88

Максимальное число Маха 1,7 2,0

Максимальная скорость полета, км/ч – 2000

Посадочная скорость, км/ч – 180

Вертикальная скорость, м/с – 100

Время подъема на высоту 15 000 м, мин – 2,5

Потолок (практ./ /макс.), м …/18000 18 000/(22000- 25000)

Длина разбега, м – 500

Длина пробега, м – 500

Х-2 фирмы «Белл» – одноместный экспериментальный самолет с ракетным двигателем-США, 1953 г.

Рис. 2.16. Экспериментальный самолет Х-2.

История создания. После проведения первой серии испытаний самолетов Х-1 фирма «Белл» совместно с Национальным координационным комитетом по авиации NACA и ВВС США приступила в 1949 г. к проектированию самолета для исследования аэродинамических и термодинамических явлений при полетах с ? 3. При этом предполагалось, что по мере совершенствования самолета он сможет достигать высоты в диапазоне 30-60 км, когда во второй половине полета тяга двигателя будет больше веса самолета. Первый опытный образец Х-2 был построен в 1952 г., и после выполнения нескольких планирующих полетов в 1953 г. (носителем являлся самолет «Боинг» В-50) был осуществлен его облет с работающим двигателем. Однако 12 мая 1953 г. во время заправки топливных баков опытного самолета в воздухе, когда Х-2 находился еще в бомбоотсеке В-50, произошел взрыв (погибли два члена экипажа самолета-носителя, подготавливавшие Х-2 к самостоятельному полету), самолет вспыхнул и сгорел в воздухе. Эта катастрофа прервала исследования до конца 1955 г.

Второй экземпляр самолета был построен лишь в 1955 г., и его облет с работающим двигателем состоялся в ноябре. Позже, 25.07.1956 г., была достигнута рекордная скорость в горизонтальном полете 3360 км/ч, а в начале сентября 1956 г.-высота 38 430 м. Второй опытный образец постигла участь первого: 27.09.1956 г. произошла катастрофа, причины которой так и не удалось установить. Описание самолета. Х-2 представляет собой моноплан классической схемы с низкорасположенным стреловидным ( ~ 40°) крылом, имеющим острую переднюю кромку. Крыло оснащено носовыми щитками, расположенными приблизительно на 2/5 длины передней кромки, а также обычными элеронами, снабженными триммерами. Стабилизатор – стреловидный, управляемый, а киль-прямой, с рулем направления. Фюзеляж (длиной около 12 м) в центральной части имеет форму, близкую к цилиндрической, а передняя и хвостовая части-конусообразную. На верхней и нижней поверхностях фюзеляжа находятся два больших продольных обтекателя, которые закрывают коммуникации и оборудование системы управления, а также выпускаемую во время приземления лыжу (в первом опытном образце). Крыло и оперение выполнены из нержавеющей стали, а фюзеляж- из легированной молибдено-никелевой стали. Поскольку Х-2 стартует в воздухе с оборудованного соответствующим образом бомбардировщика «Боинг» В-50, шасси Х-2 предназначено лишь для посадки и рассчитано на небольшие нагрузки. У первого экземпляра самолета шасси состояло из одноколесной передней стойки и лыжи, выполняющей роль колеса главного шасси. Во втором опытном экземпляре использовались уже две лыжи, которые при необходимости убирались в крыло.

Предназначение самолета для полетов на больших скоростях и высотах потребовало разработки безотказного и безопасного способа катапультирования пилота в случае аварии. В своем выборе конструкторы остановились на варианте отделения всей кабины от самолета. Кабина имела теплоизоляционное покрытие и стационарное переднее остекление, состоящее из двух стекол. Стекла не только сохраняли свои свойства до температуры 540°С, но и поглощали инфракрасные лучи.

Рис. 2.17. Проекции экспериментального самолета Х-2.

В целях уменьшения солнечного нагрева конструкции и увеличения интенсивности тепло- отвода в окружающую среду самолет покрашен в белый цвет.

Двигательная установка. В самолете использован восьмикамерный ракетный двигатель XLR-25CW фирмы «Кёртисс-Райт» с максимальной тягой – 71,10 кН (7250 кГ). Двигатель был оснащен насосами для подачи топлива (этиловый спирт и жидкий кислород), а также оборудованием для запуска, выключения и регулирования тяги двигателя во время полета. Емкость топливных баков обеспечивала работу двигателя в течение 2,3-6,0 мин.

Летно-технические данные

Размах крыла, м 9,76

Длина, м 13,40

Высота, м 4,13

Площадь несущей поверхности, м2 24,30

Масса пустого самолета, кг 7300-8200

Взлетная масса, кг 13000

Удельная нагрузка на крыло, кг/м2 535

Отношение массы самолета к тяге, кг/даН 1,84

Максимальное число Маха 3

Максимальная скорость, км/ч 3360

Потолок, м 38430

«Супер-Сейбр» F-100 фирмы «Норт Америкен» – одноместный истребитель-бомбардировщик-США, 1953 г.

Рис. 2.18. Истребитель-бомбардировщик «Супер-Сейбр» F-100F.

История создания. Работы по созданию сверхзвукового самолета, преемника самолета «Сейбр» F-86, были начаты в 1949 г. Проект был назван «Сейбр» 45 (модель NA-180), что должно было означать сохранение общей концепции самолета F-86 при использовании крыла с углом стреловидности 45°. Два года спустя был получен официальный заказ на создание двух опытных образцов YF-100 (впоследствии они получили обозначение YF-100A) и 110 серийных самолетов. Облет первого опытного образца, оснащенного турбореактивным двигателем с форсажной камерой XJ-57-P-7, был совершен 25.05.1953 г., а второго-14.10.1953 г. На самолете YF-100A 29.10.1953 г. был достигнут рекорд скорости полета по прямой 1215,3 км/ч на базе 15-25 км, который 20.08.1955 г. был побит самолетом F-100C (1323,3 км/ч).

В общей сложности в 1953-1959 гг. было изготовлено 2294 самолета «Супер-Сейбр» следующих модификаций:

– истребитель-перехватчик для дневных полетов F-100A (203 самолета, первый испытан 29.10.1953 г.);

– истребители-бомбардировщики F-100C (476 самолетов, 17.01.1955 г.) и F-100D (1274 самолета, 24.01.1956 г.);

– двухместный тренировочный F-100F (339 самолетов, опытный образец TF-100C испытан 6.08.1956 г., а первый серийный-7.03.1957 г.);

– два опытных образца YF-102A; три F-100B, переименованные впоследствии на YF-107A; один опытный образец NF-100F (для исследований на больших высотах) и один самолет-разведчик RF-100A.

Кроме США, самолеты F-100 были поставлены на вооружение во Франции, Дании, Турции и на Тайване. Цена самолета модификации F-100A составляла 486000 долл., F-100- С-662 000 долл. и F-100D-766 000 долл. Тот факт, что F-100 был первым серийным сверхзвуковым самолетом с турбореактивным двигателем, построенным в США, не мог не повлиять на трудоемкость и продолжительность процесса разработки и освоения, во время которого потребовалось проведение анализа разнообразных аэродинамических и конструктивных схем. До момента испытания первого летного образца на разработку было затрачено в общей сложности 4050000 человеко-часов, в том числе только на проведение аэродинамических исследований 200000 ч. Работы над опытным образцом и первым серийным вариантом самолета повысили трудоемкость до 4800000 человеко-часов. Описание самолета. Самолет F-100 представляет собой низкоплан классической схемы со стреловидным крылом, управляемым стабилизатором и классическим вертикальным оперением. Крыло относительной толщины 6% имеет прямолинейную переднюю кромку с углом стреловидности 45° и заднюю кромку с углом 25° при отрицательном поперечном V крыла 1°30'. Крыло оснащено пятисекционными предкрылками, размещенными по всему размаху, а также двухсекционными элеронами с относительной хордой 25% и значительным размахом, установленными в центральных частях консолей крыла. Элероны обеспечивают максимальную скорость крена самолета 360°/с. Каждый элерон состоит из двух секций, отклоняемых независимо друг от друга. Для управления элеронами использован необратимый гидропривод. Применение таких элеронов ограничило возможность применения закрылков; поэтому самолеты модификаций А-С их не имели. Увеличение взлетной массы в модификациях D и F (а также возрастание и без того высоких скоростей посадки) принудило фирму изменить конструкцию околофюзеляжных частей крыла. Угол стреловидности задней кромки стал иметь два значения (меньшее около фюзеляжа), что позволило применить закрылки с малым размахом и большой хордой. Использование системы сдува пограничного слоя с закрылков значительно повысило их эффективность.

В целях уменьшения посадочной скорости и скорости пикирования самолет оснащен тормозным щитком, площадь которого составляет 4,2% несущей поверхности. Тормозной щиток размещен на нижней поверхности центральной части фюзеляжа, за нишей уборки передней стойки шасси. Кроме того, имеется тормозной парашют, находящийся в контейнере под рулем направления. Парашют рассчитан на максимальную посадочную скорость 333 км/ч. Конструкция крыла приблизительно на 2/3 размаха (т.е. до нервюры, ограничивающей размах элеронов)-панельная, а концы консолей крыла выполнены со стрингерным набором и клепаным креплением элементов. Панельная конструкция состоит из 36 частей, соединенных между собой с помощью 264 соединительных элементов.

Рис. 2.19. Истребитель-бомбардировщик «Супер-Сейбр» F-100C.

Для фюзеляжа полумонококовой конструкции со значительным числом вырезов (длиной 14,2 м) характерно относительно большое сплющенное в нижней части поперечное сечение. В передней части фюзеляжа расположены отсек оборудования (над воздухозаборником), закрываемый люком, кабина экипажа и ниша уборки передней стойки шасси. Фонарь кабины состоит из неподвижной передней части с лобовым стеклом, установленным под большим углом наклона, и открываемого снизу назад обтекателя; к центральной части фюзеляжа, содержащей топливные баки, крепятся консоли крыла. Двигатель самолета (длиной ~ 4,5 м) крепится с передней стороны к силовому шпангоуту средней части фюзеляжа, а после подсоединения хвостовой части фюзеляжа с помощью самоцентрирующихся стыковочных соединений оказывается закрепленным и с другой стороны.

Двухлонжеронный киль выполнен как одно целое с хвостовой частью фюзеляжа. Стабилизатор размещен внизу хвостовой части фюзеляжа. Максимальное отклонение рулей высоты и направления составляет + 20°, а их максимальная толщина не превышает 75 мм. Над рулем направления (сравнительно небольшой площади) размещены патрубки дренажа топливных баков и лампа хвостового огня. Для увеличения поверхности вертикального оперения киля в целях улучшения путевой устойчивости использован килевой гребень. Площадь и размах стабилизатора были увеличены после изготовления 70 самолетов. Угол стреловидности крыла и стабилизатора по передней кромке одинаков.

Шасси – трехстоечное. Передняя стойка со сдвоенными колесами убирается назад. Главные стойки шасси балочно-подкосного типа с одинарными колесами убираются вбок, в околофюзеляжную часть крыла. Пневматики колес-высокого давления, рассчитаны на 20 посадок. Все стойки шасси имеют внутренние амортизаторы. В задней части фюзеляжа находится убираемая пята, предохраняющая эту часть конструкции самолета от поломок во время взлета и посадки. Самолет приспособлен для безаэродромного старта с подвижных стартовых катапульт, аналогичных тем, с которых запускались ракеты «Матадор».

Планер самолета рассчитан на эксплуатационный коэффициент перегрузок от + 6 до – 2.

Двигательная установка. Самолеты F-100A оснащены турбореактивными двигателями J57-P-7 фирмы «Пратт-Уитни» тягой 43,15 кН (4400 кГ) без форсирования и 63,74 кН (6500 кГ) с форсированием. На остальных модификациях самолета установлены более совершенные двигатели J57-P-21 тягой 52,04 кН (5307 кГ) и 75,62 кН (7711 кГ) соответственно без форсирования и с форсированием. Запуск двигателя осуществляется с помощью пневмостартера. Топливо размещено преимущественно в фюзеляжных баках (сплющенная нижняя часть фюзеляжа позволила разместить баки как под двигателем, так и под форсажной камерой) и в двух малых крыльевых баках (2 ? 850 л). Общий запас топлива составляет 4487 л и может быть увеличен за счет дополнительных баков, подвешиваемых под крылом (2 ? 945 л + 2 ? ? 850 л или 2 ? 1700 л), до 8077 л. У всех фюзеляжных баков имеются собственные заливные горловины утопленного типа. Кроме того, вся топливная система имеет одну общую заливочную горловину для дозаправки самолета в полете.

Примененный на самолете лобовой нерегулируемый воздухозаборник с острыми кромками обеспечивает высокую эффективность работы двигателя в полете с ? = 1,3-1,5. Поперечное сечение канала воздухозаборника овальное. Эта овальность сохраняется до плоскости передней кромки крыла, где она переходит в круг. В своей начальной части канал воздухозаборника расположен внизу фюзеляжа, а за кабиной экипажа он переходит в верхнюю часть и только перед двигателем принимает симметричное положение. Такая форма канала воздухозаборника определялась выбранной компоновочной схемой самолета, хотя и вела к значительным потерям давления на входе двигателя.

Вооружение. Стационарное вооружение самолета состоит из четырехствольной (двухствольной в модификации F) пушки «Понтиак» М-39Е калибра 20 мм, расположенной в передней нижней части фюзеляжа, с боезапасом по 200 снарядов на каждый ствол. На семи наружных узлах подвесок (из них один подфюзеляжный) самолет может нести 3400 кг (в том числе 2720 кг на подкрыльевых подвесках) боевого груза: в бомбоотсеке-ядерную бомбу (только для самолетов модификаций D и F), ракеты воздух-земля «Булпап», ракеты воздух-воздух «Сайдуиндер», контейнеры НУРС, бомбы массой до 453 кг или баки с топливом.

Рис. 2.20. Проекции самолета «Супер-Сейбр» (модификации D и F).

Летно-технические данные

Размах крыла, м 11,58

Длина, м 14,33

Высота, м 4,57

Площадь несущей поверхности, м2 35,77

Масса пустого самолета, кг 9525

Взлетная масса (ном./макс.), кг 13500/16800

Грузоподъемность, кг 3400

Емкость топливных баков (внутр./внешн.), л 4487/3590

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 377/442

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,79/2,22

Максимальное число Маха 1,3

Максимальная скорость на высоте 10680 м, км/ч 1390

Полетная скорость с подвесками, км/ч 910

Посадочная скорость, км/ч 287

Вертикальная скорость, м/с 71

Практический потолок, м 15 240

Максимальная дальность, км 2415

Радиус действия, км 885

Длина разбега, м 1370

«Дельта-Деггер» F-102 фирмы «Конвэр» – одноместный истребитель-перехватчик-США, 1953 г.

Рис. 2.21. Истребитель-перехватчик «Дельта- Деггер» F-102A.

История создания. На основе опыта, приобретенного в период разработки и испытаний экспериментального образца XF-92 (первый облет которого состоялся 18.09.1948 г.), в 1951 г. были начаты работы по созданию боевого самолета. Проектирование и строительство первого экземпляра YF-102 продолжалось полтора года, а его первое летное испытание было проведено 24.10.1953 г. Кроме нетипичной для того времени аэродинамической схемы, самолет выделялся большой взлетной массой (свыше 12000 кг). С YF-102 фирма связывала большие надежды, так как еще на стадии проектирования (1952 г.) ВВС США заключили контракт не только на создание двух опытных образцов, но и на одновременную подготовку серийного производства самолета. Однако в одном из испытательных полетов самолет разбился вследствие отказа двигателя при взлете.

В декабре 1953 г. было завершено строительство второго опытного образца (облет 11.01.1954 г.), который незначительно отличался от первого-на основании результатов предыдущих испытаний были несколько изменены характеристики устойчивости и управляемости. Однако этот самолет не достигал расчетной сверхзвуковой скорости полета, что грозило фирме расторжением контракта со всеми вытекающими из этого финансовыми последствиями. Так как увеличение тяги или замена двигателя были исключены, то единственным средством увеличения максимальной скорости оставалось уменьшение сопротивления самолета. Этот результат был достигнут благодаря изменению конструкции планера в соответствии со сформулированным «правилом площадей». В результате проведенных усовершенствований появился новый самолет, которому было присвоено обозначение YF-102A. Первый полет на нем был совершен 20 декабря 1954 г., и уже на следующий день в горизонтальном полете самолета на высоте 10000 м была превзойдена скорость звука. В середине 1955 г. серийный самолет F-102A стал поступать на вооружение. 8.11.1955 г. были проведены испытания двухместной модификации самолета TF-102A (с креслами экипажа, расположенными рядом, и вооружением, как у F-102A), позволяющего выполнять наряду с тренировочными полетами и боевые задания.

Третьей модификацией F-102A был самолет, первоначально обозначенный как F-102B. Однако в результате изменения конструкции фюзеляжа, уменьшения несущей поверхности, увеличения взлетной массы и замены двигательной установки он получил номер типа и вошел в серийное производство как «Дельта-Дарт» F-106A. В соответствии с тактико-техническими требованиями F-102 проектировался как истребитель- перехватчик, предназначенный для поражения сверхзвуковых стратегических бомбардировщиков и разведывательных самолетов. Во второй половине 50-х годов он был основой системы противовоздушной обороны США. Позже, когда скорость и потолок перехватываемых самолетов значительно возросли, эффективность F-102 стала недостаточной. В 1960 г. его начали передавать службам гражданской авиации США.

В общей сложности было изготовлено 947 самолетов F-102-из них 10 самолетов YF-102, 4 самолета YF-102A, 870 самолетов F-102A и 63 самолета TF-102A. Их производство было свернуто в 1958 г. В 70-х годах 8 самолетов F-102A были переоборудованы в беспилотные (PQM-102A, облет 13.08.1974 г.) и в пилотируемые самолеты-мишени (QE-102A). Описание самолета. «Конвэр» F-102A является среднепланом, выполненным по схеме «бесхвостка» с треугольным крылом, имеющим угол стреловидности передней кромки 60°6'. В конструкции крыла использованы профили с относительной толщиной 5% в корневом сечении, уменьшающейся до 4% в концевой части. Кроме того, крыло имеет коническую крутку (около 70% размаха) и оборудовано двумя аэродинамическими гребнями. Управление самолетом осуществляется с помощью элевонов, занимающих около 80% длины задней кромки, и обычного вертикального оперения. Передняя кромка киля имеет положительный угол стреловидности 52°, а задняя кромка руля направления-небольшую отрицательную стреловидность. Над рулем направления смонтирован небольшой дефлектор для защиты антенны. В связи с малой строительной высотой крыла и оперения элементы механизмов системы управления элевонами и рулем направления были вынесены за теоретические контуры и размещены во внешних обтекателях. На крыле эти обтекатели были расположены на нижних поверхностях в плоскостях установки гребней. Под килем расположен контейнер для тормозного парашюта и тормозные щитки, разводимые в стороны при помощи пневматических серводвигателей.

Рис. 2.22. Проекции самолета «Дельта-Деггер» F-102 (боевая и учебно-боевая модификации).

Фюзеляж самолета выполнен в соответствии с правилом площадей. Передняя часть фюзеляжа заострена, вытянута и (в целях улучшения видимости из кабины пилота) несколько отклонена вниз. С обеих сторон хвостовой части фюзеляжа установлены большие обтекатели для улучшения аэродинамического сопряжения крыла, фюзеляжа и оперения в соответствии с правилом площадей. Фонарь кабины в поперечном сечении имеет вид треугольника. Каркас отлит из магниевого сплава. Отделяемая часть фонаря во время полета находится под нагрузкой сжатой пружины, и в случае необходимости покинуть самолет освобожденная пружина отбрасывает ее вверх и назад. Остекление передней части фонаря состоит из трех слоев. Внешний слой представляет собой закаленное стекло толщиной 4,76 мм, покрытое с внутренней стороны токопроводящей сеткой. Промежуточный слой толщиной 3,2 мм выполнен из органического стекла. Внутренний слой также выполнен из закаленного стекла толщиной 12,7 мм. Шасси самолета-трехстоечное с одинарными колесами. Передняя стойка убирается вперед, а главные – вдоль размаха крыла, причем колеса главных стоек убираются в фюзеляж, а сами стойки-в околофюзеляжную часть крыла.

Крыло пятилонжеронной конструкции, киль четырехлонжеронной и фюзеляж конструкции типа «полумонокок» изготавливаются в основном с помощью клепки. Лишь некоторые части планера, такие, как концы консолей крыла, аэродинамические гребни, руль направления, хвостовые части элевонов, люки ниш шасси, выполнены в виде клееных конструкций, для изготовления которых использовался клей «Нармко» 402, затвердевающий в течение 2 ч при температуре 175°С и под давлением 0,46 МПа. Основная часть конструкции самолета выполнена преимущественно из сплавов алюминия, однако применены также титан и его сплавы. Из титана изготовлены элементы обшивки фюзеляжа, нервюр, кожухов экранов системы обогрева и вентиляции кабины пилота. Сплавы титана использованы для изготовления силового набора фюзеляжа и лонжеронов крыла.

В учебно-тренировочных самолетах TF-102A кресла пилота и инструктора размещены рядом в несколько расширенной кабине. Из-за расширения передней части кабины потребовалось изменение конструкции воздухозаборников, что вместе с возросшим сопротивлением фюзеляжа привело к ухудшению летных характеристик этой модификации самолета по сравнению с одноместным вариантом.

Двигательная установка. На опытных образцах самолета YF-102 был установлен турбореактивный двигатель J57-P-11 фирмы «Пратт-Уитни», а на опытных образцах YF-102A-двигатели J57-P-23 и J57-P-41. Серийные самолеты F-102A были оснащены двигателями J57-P-11 или J57- Р-35, а самолеты TF-102A-двигателями J57-P-23. Двигатель J57-P-11 развивает тягу 48,54 кН (4950 кГ) без форсирования и 66,68 кН (6800 кГ) с форсированием. Воздухозаборники двигателя расположены по обеим сторонам фюзеляжа на уровне кабины пилота. Кромки воздухозаборников – острые, сверхзвуковые, нерегулируемые. Четыре герметичных топливных бака-отсека находятся в крыле.

Вооружение. Вооружение самолета состоит из 6 управляемых ракет «Фолкон» GAR-1, размещенных внутри фюзеляжа в отсеке, расположенном непосредственно за нишей уборки передней стойки шасси. Ракеты «Фолкон» имеют устройства, позволяющие выдвигать их из фюзеляжа. В самолете имеются также контейнеры с НУРС, которые размещаются в обтекателях, закрывающих отсек управляемых ракет. Кроме того, самолет может нести ракеты «Фолкон» на наружной подвеске (под крылом и фюзеляжем).

Летно-технические данные F-102A

.Размах крыла, м 11,62

Длина, м 20,81

Высота, м 4,46

Площадь несущей поверхности, м2 61,45

Взлетная масса (ном./макс.), кг 12950/14500

Максимальная посадочная масса, кг 14000

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 211/236

Удельная нагрузка на крыло при посадке, кг/м2 228

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге двигателя (при форсировании), кг/даН 1,94/2,17

Максимальное число Маха 1,25

Максимальная скорость на высоте 12200 м, км/ч 1328

Максимальная скорость у поверхности земли, км/ч 1190

Полетная скорость с подвесками, км/ч 1014

Посадочная скорость, км/ч 240

Вертикальная скорость, м/с 61

Практический потолок, м 16 500

Перегоночная дальность, км 2172

Радиус действия (ном./макс.), км 540/800

Длительность полета, ч 2,5

«Жерфо» фирмы «Нор авиасьон»-одноместный истребитель- перехватчик – Франция, 1954 г.

Рис. 2.23. Опытный образец истребителя-перехватчика «Жерфо» II.

История создания. К проектированию первого во Франции сверхзвукового самолета с турбореактивным двигателем фирма SFECMAS 1* приступила в 1952 г. В процессе разработки самолета «Жерфо», кроме обычных испытаний модели в аэродинамической трубе, проводились также исследования опытных планеров «Арсеналь» Ars. 1301 и Ars. 2301, соответственно с треугольным и стреловидным крылом. Первый опытный образец самолета NORD 1402 «Жерфо» IA был построен в 1953 г.; испытательный облет его совершен 15.01.1954 г. На этом самолете 3 августа 1954 г. впервые в Западной Европе была превышена скорость звука в горизонтальном полете.

После окончания первой стадии исследований на самолете было установлено новое крыло с увеличенным на 1 м размахом, а двигатель «Атар» 101С без форсажной камеры был заменен двигателем «Атар» 101D с форсажной камерой. В январе 1955 г. начались летные испытания самолета, названного «Жерфо» IB. В 1954 г. были начаты проработки боевого варианта этого самолета, который получил обозначение «Нор 1405» «Жерфо» II и был испытан в начале 1956 г. В феврале 1957 г. на этом самолете была достигнута рекордная скорость подъема на высоту 15 000 м (с 3000 м). Несмотря на великолепную управляемость в области околозвуковых скоростей и высокую скороподъемность, самолет так и не вышел из стадии экспериментального образца.

Описание самолета. «Жерфо» является однодвигательным низкопланом классической схемы с треугольным крылом, имеющим угол стреловидности по передней кромке 57°30' и выполненным с применением профилей NACA 6500А относительной толщины 5,5%. Конструкция крыла-двух лонжеронная (первый лонжерон расположен под углом 28° относительно поперечной оси, второй – под углом 6° к ней). Принятое решение использовать прямой воздушный канал в осевой части самолета с целью улучшения условий работы двигателя и обеспечения возможности его легкой замены привело к тому, что фюзеляж самолета приобрел специфическую форму, связанную с необходимостью размещения кабины пилота и топливных баков в специальной надстройке, расположенной над зеркально-симметричной нижней частью. Над выходным соплом размещен отсек тормозного парашюта. Фонарь кабины пилота имеет неподвижную переднюю часть и открываемый вверх и назад обтекатель. Управление самолетом осуществляется с помощью элеронов, расположенных по всему размаху крыла, управляемого стабилизатора и руля направления, размещенного на нормальном вертикальном оперении. Шасси -трехстоечное, с одинарными колесами. Передняя стойка убирается назад, в фюзеляж, а главные-в околофюзеляжную часть крыла.

С целью улучшения путевой устойчивости, а также для предохранения выходного сопла двигателя от повреждений при взлете и посадке на опытных образцах «Жерфо» I были использованы два подфюзеляжных киля, установленные с углом развала 120°. При проектировании «Жерфо» II была в основном сохранена схема самолета «Жерфо» I, однако около 80% конструктивных элементов и узлов было модифицировано. В частности, был удлинен фюзеляж, кабина пилота перемещена вперед, уменьшено удлинение крыла, применен регулируемый воздухозаборник и т.п.

Двигательная установка. В опытных образцах самолета IA и IB применены турбореактивные двигатели «Атар» фирмы SNECMA соответственно типа 101С без форсажной камеры с тягой 27,65 кН (2820 кГ) и типа 101D с форсажной камерой. В самолете «Жерфо» II использован двигатель «Атар» 101G тягой 33,34 кН (3400 кГ) без форсирования и 43,15 кН (4400 кГ) с форсированием. Топливные баки емкостью 850 л размещались только в фюзеляже.

1* Французское опытно-конструкторское объединение SFECMAS организовано в 1952 г. на базе фирмы «Арсеналь де л'аэронотик»; в 1954 г. объединилось с фирмой «Нор».

Рис. 2.24. Проекции истребителя-перехватчика «Жерфо» I.

Летно-технические данные «Жерфо» IB «Жерфо» II

Размах крыла, м 7,50 6,66

Длина, м 9,9 11,25

Высота, м 4,1 3,55 2*

Площадь несущей поверхности, м2 26,2 22,0

Масса пустого самолета, кг 3900 3900

Нормальная взлетная масса, кг 4750 5500

Емкость внутренних топливных баков, л 850

Номинальная удельная нагрузка на крыло, кг/м2 185 250

Номинальное отношение массы самолета к тяге при форсировании, кг/даН … 1,27

Максимальное число Маха 1,05 1,5

Максимальная скорость на высоте 3000 м, км/ч … 1775

Вертикальная скорость, м/с … 210

Практический потолок, м 17 000 18000

Дальность полета, км 1000

2* Высота в полете с убранным шасси.

Рис. 2.25. Проекции истребителя-перехватчика «Жерфо» II.

«Старфайтер» F-104 фирмы «Локхид» – одноместный многоцелевой истребитель-США, 1954 г.

История создания. На основе опыта, приобретенного в корейской войне, ВВС США пришли к выводу, что самолеты, предназначаемые для уничтожения воздушных целей, должны иметь малую взлетную массу и простую конструкцию; при высокоэффективной двигательной установке это обеспечит не только хорошие летные характеристики, но также и простоту в обслуживании. Однако по мере разработки самолет F-104 постепенно утрачивал черты легкого самолета, превращаясь в самолет, пригодный для выполнения как истребительно-бомбардировочных, так и разведывательных заданий. При этом его взлетная масса возросла почти вдвое. В 1960-1970 гг. этот самолет находился на вооружении 15 государств и был основой боевой мощи их авиации. Самая распространенная модификация F-104G (G-Германия) получила в ФРГ прозвище «летающего гроба», так как вплоть до 2.02.1979 г. произошло 205 катастроф самолетов этой модификации. Заказ на два опытных образца XF-104 и пятнадцать предсерийных самолетов YF-104A фирма получила в 1953 г. Испытание первого летного экземпляра было проведено 9 февраля 1954 г. Самолет выпускался в следующих модификациях:

– истребитель-перехватчик F-104A (облет 17.02.1956 г., изготовлено 153 самолета);

– многоцелевой истребитель F-104C (17.02.1956 г., 77 шт.), F-104G (5.10.1960 г., 1366 шт.), CF-104 (28.03.1961 г., 200 самолетов модификации G изготовлены в Канаде, где они получили заводское обозначение CL-90 и военное CF-111), F-104J (30.06.1961 г., 207 самолетов модификации G было изготовлено в Японии) и F-104S (декабрь 1966 г., усовершенствованная модификация G выпускалась в Италии – 205 самолетов для итальянских и 40 для турецких ВВС; первый серийный экземпляр испытан 30.12.1968 г., а последний-для Турции-в середине 1976 г.); снят с производства в 1978 г.;

– двухместный тренировочный F-104B (16.01.1957 г., 26 самолетов модификации А), F-104D «Супер-Старфайтер» (21 самолет для ФРГ под обозначением F-104DF и 43 самолета для Японии под обозначением F-104DJ), TF-104G (ноябрь 1962 г., 224 шт., 38 самолетов для Канады, где им было присвоено обозначение CF-113);

– разведчик RF-104G (попытка приспособить модификацию G для разведывательных целей);

– опытный NF-104A (июль 1963 г., 3 самолета F-104A, оборудованные для подготовки к высотным полетам), F-104N (3 самолета, оборудованные для подготовки к космическим полетам).

В общей сложности в 1958-1978 гг. было выпущено 2615 самолетов «Старфайтер», из числа которых около 2200 предназначалось и пошло на экспорт (включая и строительство самолетов по лицензиям в других странах). Цена самолета F-104A составляла 1,112 млн. долл. В июне 1963 г. предпринимались запуски самолета с катапульты. Самолеты F-104 находились на вооружении: США, Тайваня, Пакистана, ФРГ, Голландии, Италии, Бельгии, Японии, Канады, Турции, Дании, Греции, Испании, Иордании и Норвегии.

Описание самолета. F-104 является построенным по классической схеме среднепланом с прямым трапециевидным крылом с углом стреловидности по линии фокусов 18°6', удлинением 2,45 и отрицательным поперечным V 10°. Для крыла, изготовленного с применением профилей относительной толщины 3,36%, характерны наличие острой передней кромки (радиус закругления 0,41 мм), а также небольшой отгиб носка вниз. Крыло самолета оснащено по всему размаху носовыми щитками и расположенными в околофюзеляжной части выдвижными закрылками со сдувом пограничного слоя. Носовые щитки установлены на удлиненных цилиндрических шарнирах, закрепленных на нижней поверхности крыла, и управляются электроприводом. В нейтральном положении они наклонены под углом 2°, во время взлета и выполнения маневра-под углом 15°, а при посадке-30°. Выдвижные закрылки также управляются электроприводом. Во время взлета они отклонены на 15° и работают как обычные закрылки, а при отклонении на больший угол (во время посадки этот угол составляет 45°) включается питаемая компрессором двигателя система сдува пограничного слоя. При этом воздух подается через 55 щелей размером 14 * 2,3 мм, выполненных на расстоянии 23 мм друг от друга в трубе, установленной вдоль передней кромки закрылков.

Система управления самолетом состоит из элеронов, обычного руля направления и управляемого стабилизатора. Элероны, с малой длиной и большой хордой, крепятся на удлиненных цилиндрических шарнирах и отклоняются (каждый) с помощью 10 малогабаритных гидротолкателей, расположенных рядом в плоскости хорд. На начальной стадии разработки самолета Т-образное хвостовое оперение имело стабилизатор с рулем высоты. Такая конструкция явилась причиной многих аварий. После проведения дополнительных исследований оказалось необходимым проведение модернизации. Кроме применения управляемого стабилизатора, был использован ограничитель по тангажу, который в случае превышения допустимого угла атаки выдавал пилоту сигнал (колебания ручки управления) о необходимости изменения режима полета. Если этот сигнал остается без внимания, устройство отклоняет стабилизатор, уменьшая угол атаки. Все это протекает независимо от манипуляций пилота. Самолет оснащен также электронным автоматом стабилизации динамики полета относительно всех трех осей, благодаря чему значительно упрощается процесс пилотирования. В каналах аэродинамического управления применены необратимые гидроусилители, питаемые от двух независимых установок. В случае прекращения работы двигателя функционирование бустеров обеспечивается вспомогательной воздушной турбиной, выпускаемой из фюзеляжа во внешний поток.

Рис. 2.26. Модель истребителя F-104 для испытаний шасси.

Рис. 2.27. Многоцелевой истребитель «Старфайтер» F-104C.

Фюзеляж самолета имеет удлиненную форму, заостренную переднюю часть и выполнен без учета правила площадей. Последнее связано с применением тонкого трапециевидного крыла малого удлинения в области скоростей, для которой, по мнению разработчиков, правило площадей не играет существенной роли. В передней конусообразной части фюзеляжа находится кабина пилота с трехсекционным фонарем, передняя и задняя часть которого неподвижны, а центральная вручную смещается в сторону (влево). В первых модификациях самолета использовалось катапультирование сиденья вниз через аварийный люк. Катапультирование начиналось с нажатия на рычаг включения системы, после чего происходили разгерметизация кабины, затягивание плечевых парашютных зажимов и фиксирование положения ног летчика, отбрасывание крышки люка и воспламенение пирозаряда. Так как для покидания самолета на малых высотах необходимо было перейти сначала в перевернутый полет, то позднее стали применять катапультируемые вверх сиденья с пиротехническим приводом.

В задней части фюзеляжа расположены два тормозных щитка (по бокам фюзеляжа в плоскости передней кромки киля), отсек тормозного парашюта (под форсажной камерой) и подфюзеляжный киль. Шасси трехстоечное, с одинарными колесами, убирается вперед в ниши фюзеляжа. Выполненная в виде кованой балки стойка главного шасси крепится к силовому шпангоуту навески двигателя и в целях получения необходимого бокового развода обеспечивает во время выпуска шасси координацию движения колеса вниз и в сторону. Благодаря соответствующей кинематической схеме стойки и колеса шасси занимают в убранном состоянии горизонтальное положение. Использование такого технического решения потребовало ограничения объема и хода амортизатора. Поэтому на этом самолете были впервые применены малогабаритные жидкостные амортизаторы с рабочим давлением жидкости 35 МПа. Колеса шасси оснащены пневматиками высокого давления (около 2 МПа).

Конструкция планера самолета отличается простотой изготовления и небольшой собственной массой. Крыло многолонжеронной конструкции выполнено из двух половин (верхней и нижней), соединенных между собой с помощью болтов. Толщина обшивки крыла в корневом сечении достигает 6,3 мм, а на концах-3,2 мм; изготовляются панели обшивки фрезерованием. Большинство элементов набора крыла выполнено из стали. Фюзеляж полумоно- коковой конструкции по технологическим соображениям разделен на носовую, центральную и хвостовую части. Центральная и хвостовая (вместе с оперением) части разъемные. Многие элементы конструкции, например усиленные шпангоуты крепления крыла и двигателя, изготовлены методами ковки и прессования.

Рис. 2.28. Проекции самолета «Старфайтер» F-104 (модификации С, D и G).

Двигательная установка. В опытных и предсерийных самолетах использован турбореактивный двигатель «Сапфир» фирмы «Армстронг сиддли», изготовляемый по лицензии предприятиями «Райт» с заводским обозначением J65. Модификации двигателя J65-W-6 и J65-W-7 имеют тягу 36,97 кН (3770 кГ) без форсирования и 44,48 кН (4536 кГ) с форсированием. В серийных самолетах применены новые двигатели с повышенной тягой J79 фирмы «Дженерал электрик». На самолетах F-104A, F-104B и F-104D устанавливались двигатели модификации J79-GE-3/3A тягой 48,93 кН (4990 кГ) без форсирования, 71,20 кН (7260 кГ) с форсированием, а в самолетах F-104C-двигатели J79-GE-7 тягой 48,87 кН (4983 кГ) и 70,26 кН (7165 кГ) соответственно без форсирования и с форсированием. В первых самолетах модификации F-104G использовались двигатели J79-GE-11A тягой 44,49 кН (4536 кГ) и 70,28 кН (7167 кГ), а в остальных, как и в самолетах модификации F-104S,- двигатели J79-GE-19 тягой 52,80 кН (5384 кГ) и 79,63 кН (8120 кГ). На самолетах NF-104A устанавливался (под форсажной камерой) дополнительный ракетный двигатель AR-2 тягой 26,67 кН (2720 кГ) фирмы «Рокет- дайн». Полукруглые регулируемые воздухозаборники двигателя размещены по бокам фюзеляжа и имеют подвижные центральные тела полуконической формы. При сверхзвуковых полетах скорость воздушного потока в канале воздухозаборника за критическим сечением составляет 0,95 М. Размещенные в фюзеляже три топливных бака емкостью 3392 л могут дополняться четырьмя подвесными баками общей емкостью 2770 л (2 ? 740 л + 2 ? 645 л), а также баком емкостью 460 л, расположенным в переборке отсека вооружения.

Вооружение. Боевая нагрузка весьма разнообразна и зависит от модификации самолета. Она составляет лишь 150 кг для самолетов F-104A (две ракеты «Сайдуиндер»), 1700 кг для самолетов F-104C, 2177 кг для самолетов F-104G и около 4000 кг для самолетов F-104S. Самолеты модификации F-104G/S оснащены семью узлами наружной подвески (Р-104А-два, Р-104С-пять), которые могут быть использованы для транспортировки ядерной бомбы, обычных бомб, ракет «Сайдуиндер» и «Спер- роу» и контейнеров с неуправляемыми реактивными снарядами. Стационарным вооружением самолета является шестиствольная пушка М-61 «Вулкан» (калибр 20 мм) с запасом снарядов 750 шт. и темпом стрельбы 6000 выстрелов в 1 мин.

Летно-технические данные F-104A F-104G

Размах крыла, м 6,68 6,68

Длина, м 16,69 16,69

Высота, м 4,11 4,11

Площадь несущей поверхности, м2 18,22 18,22

Масса пустого самолета, кг 6000 6387

Взлетная масса (ном./макс.), кг 11650/12400 9428/13054

Максимальная посадочная масса, кг … 10430

Грузоподъемность, кг 150 2177

Количество топлива в баках (внутр./внешн.), л 3392/… 3392/2770

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 640/680 517/716

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,64/1,74 1,18/1,64

Максимальное число Маха … 2,2

Максимальная скорость на высоте 11 000 м, км/ч 2120 2330

Максимальная скорость у поверхности земли, км/ч 1400 1470

Посадочная скорость, км/ч 250 270

Вертикальная скорость, м/с 120 264

Потолок (практический/ /динамический), м 17400/… 17 680/27400

Максимальная дальность, км 2680 3510

Радиус действия (ном./макс.), км 350/900 …/1200

Длина разбега, м … 902

Взлетная дистанция (при нормальной массе), м 1200 1402

Длина пробега, м … 695

Посадочная дистанция (при нормальной массе), м 1200 990

Тайгер F-11 фирмы «Грумман»-одноместный истребитель- перехватчик-США, 1954 г.

Рис. 2.29. Истребитель-перехватчик «Тайгер» (модификации F-11F-1F).

Рис. 2.30. Самолеты «Блю энджелз» в показательном полете.

История создания. В январе 1953 г. Управления военно-морской авиации США заключило с фирмой «Грумман» контракт на разработку сверхзвукового истребителя-перехватчика, предназначаемого для замены околозвукового палубного самолета F9F-2 «Пантера» (выпускавшегося в модификациях 2,…,5) и его усовершенствованного варианта F9F-6 «Кугуар» (выпускавшегося в модификациях 6, 7, 8). Фирма представила проект, обозначенный G-98, который после утверждения получил военное обозначение XF9F-9, что указывало на связь нового самолета с двумя предыдущими самолетами этой фирмы. Однако, поскольку новый самолет существенно отличался от «Пантеры» и «Кугуара», перед началом серийного производства ему было присвоено новое обозначение F11F-1 (впоследствии, после введения в военной авиации США единой номенклатуры, обозначение было изменено на F-11A) и название «Тайгер» («Тигр») (в соответствии с традициями фирмы всем самолетам палубной авиации присваивались названия из отряда хищных кошек).

Тип XF9F-9 был испытан 30 июля 1954 г., т.е. спустя 15 мес. после подписания контракта. Первый заказ военно-морской авиации США предусматривал строительство 6 предсерийных самолетов. В 1954 г. был подписан контракт на поставку 39 серийных самолетов F11F-1. Позднее спрос на них настолько повысился, что до 31 января 1959 г. общее число выпущенных самолетов достигло 198.

Проведенные в марте 1955 г. испытания конкурирующего палубного истребителя «Крусейдер» фирмы «Чанс-Воут», отличающегося более высокой скоростью полета, вынудило фирму модифицировать самолет «Тайгер». В 1956 г. реконструкция самолета, осуществленная на базе новых двигателей более высокой тяги, была завершена. Самолет получил новое обозначение XF11F-2 (которое впоследствии было изменено на XF11F-1F) и стал называться «Супер-Тай- гер». Кроме применения нового двигателя, значительной модификации был подвергнут и планер самолета, благодаря чему удалось значительно улучшить летно-технические характеристики самолета, прежде всего его максимальную скорость. Однако в результате того, что на вооружение тем не менее был принят самолет «Крусейдер», а Федеративной Республике Германии и Японии были проданы лицензии на строительство самолета F-104 «Старфайтер», разработка самолета «Супер-Тайгер» была прекращена после изготовления двух опытных образцов. Таким образом, история «Тайгера» закончилась довольно неудачно.

Самым большим преимуществом самолета «Тайгер» была его просто необыкновенная маневренность и легкая управляемость, которые, как оказалось, предрешили неудачную карьеру этого самолета. Военно-морская авиация США приступила к использованию самолета «Тайгер» в начале 1958 г. В течение непродолжительного времени они выполняли роль истребителей-перехватчиков, а позднее были переведены в категорию истребителей-бомбардировщиков. В 1962 г., т.е. спустя едва четыре года после их принятия на вооружение, все «Тайгеры» были переведены в тыловые подразделения Командования по подготовке кадров США. В этих подразделениях они стали использоваться для выполнения тренировочных полетов в высшем пилотаже; только здесь их смогли оценить по достоинству, и именно здесь они получили мировую известность. Этому способствовало мастерство пилотов американской морской авиации, с блеском выполнявших индивидуальные и коллективные воздушные показательные выступления. Самолеты «Тайгер» F-11A этой серии получили название «Голубых ангелов» за свой цвет, акробатические качества, мастерство пилотов учебно-тренировочной авиации и зрительные эффекты, усиливаемые за счет цветного дыма.

Рис. 2.31. Проекции истребителя-перехватчика «Тайгер» F-11A.

Описание самолета. Самолет F-11A «Тайгер» фирмы «Грумман» представляет собой средне- план со стреловидным крылом, предназначаемый для базирования на авианосцах. Специфические требования эксплуатации палубных самолетов привели к тому, что в период проектирования особое внимание обращалось на грузоподъемность и массу самолета. Именно поэтому было использовано крыло с относительно малым углом стреловидности передней кромки (30°) и довольно большой толщиной профиля (6,5%), выполненное в виде двухлонже- ронной конструкции с панельной фрезерованной обшивкой из дюраля. Образуемые панелями и лонжеронами кессоны крыла использовались в виде двух топливных баков. Крыло оснащено предкрылками и закрылками, размещенными по всему размаху, за исключением складываемых консолей. Поперечное управление обеспечивают находящиеся перед закрылками интерцепторы и размещенные в складываемых консолях элероны.

Уменьшение массы планера самолета (по сравнению с другими палубными самолетами) было достигнуто и за счет применения ручного складывания консолей крыла (во всех остальных самолетах для этого применялись тяжелые и сложные гидравлические или электрические системы). На верхней поверхности крыла, на участке между предкрылками и интерцепторами, размещен аэродинамический гребень. В самолете «Супер-Тайгер» передняя кромка крыла в околофюзеляжной части выдвинута вперед («наплыв»), придавая ему тем самым большую стреловидность (около 60°), благодаря чему в этих частях крыла уменьшается относительная толщина профиля, увеличивается хорда и снижается сопротивление, вызванное интерференцией крыла с фюзеляжем. Кроме того, исключены элероны. «Тайгер», судя по публикациям, является первым самолетом в мире, при создании которого использовано правило площадей. Любопытно, что в соответствии с правилом площадей были выполнены и дополнительные подкрыльные топливные баки (емкостью 570 л).

Передняя часть фюзеляжа с размещенным в ней электрооборудованием и кабиной пилота имеет веретенообразную форму. Фонарь кабины пилота имеет каплевидную форму и выполнен из единого листа стекла. По бокам фюзеляжа несколько ниже кабины расположены нерегулируемые воздухозаборники, оборудованные устройствами для отвода пограничного слоя. В нижней части фюзеляжа установлены три воздушных тормоза-один под кабиной пилота, а два других в плоскости задней кромки крыла. В целях уменьшения продольного момента, возникающего после выдвижения закрылков, а также для повышения эффективности торможения интерцепторы могут быть использованы для аэродинамического торможения.

По причине того, что на самолете «Супер- Тайгер» использован двигатель других габаритов, потребовалось увеличение поперечного сечения воздухозаборников, выходного сопла двигателя и диаметра хвостовой части фюзеляжа, а также удлинение фюзеляжа самолета. Была изменена и конструкция фонаря кабины (в предыдущей модификации он состоял из трех частей и имел элементы жесткости), который стал изготовляться в виде цилиндрической оболочки, формуемой из одного листа стекла. В целях улучшения путевой устойчивости при больших скоростях полета в хвостовой части фюзеляжа установлены два небольших подфюзеляжных киля, которые автоматически выдвигаются в поток после убирания шасси. Горизонтальное и вертикальное хвостовое оперение-симметричное, стреловидное, нормальной схемы. Вертикальное оперение состоит из киля и руля направления (в самолете «Супер-Тайгер» уменьшено сужение и увеличен угол стреловидности задней кромки киля). Горизонтальное оперение, выполненное по комбинированной схеме, состоит из управляемого стабилизатора, снабженного рулями высоты. При малых скоростях полета и выдвинутых закрылках плоскость стабилизатора блокируется и управление по тангажу осуществляется обычным способом с помощью рулей высоты. Во всех других случаях используется управляемый стабилизатор. Шасси – трехстоечное (главные стойки с одинарными колесами, а передняя со сдвоенными). Передняя стойка шасси полностью убирается в фюзеляж. В целях предотвращения возможных повреждений хвостовой части фюзеляжа самолет оборудован убираемой удлиненной хвостовой пятой, которая при посадке на авианосце выполняет также роль посадочного крюка.

Двигательная установка. Опытные образцы самолета XF9F-9 оснащались турбореактивным двигателем фирмы «Райт» J65-W-7 тягой 33,34 кН (3400 кГ) без форсирования и 46,78 кН (4770 кГ) с форсированием. Серийные самолеты F11F-1 имели двигатели J65-W-4 тягой 34,72^9,03 кН (3540-5000 кГ). На самолетах модификации «Супер-Тайгер» устанавливались двигатели фирмы «Дженерал электрик» J79-GF-I тягой 53,44 кН (5450 кГ) и 66,67-71,10 кН (6800-7250 кГ) соответственно без форсирования и с форсированием. Вооружение. Вооружение первых серийных самолетов состояло из четырех пушек калибра 20 мм, расположенных попарно под воздухозаборниками. В остальных самолетах это вооружение было пополнено четырьмя (или двумя-в случае использования подвесных топливных баков) ракетами типа «Сайдуиндер» с инфракрасной головкой самонаведения.

Летно-технические данные «Тайгер» «Супер- Тайгер»

Размах крыла, м 9,65 9,65

Длина, м 13,69 14,86

Высота, м 4,04 4,39

Площадь несущей поверхности, м2 23,30 23,30

Масса пустого самолета, кг 6036

Взлетная масса (ном./ /макс.), кг 9541/10921 10750/…

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 409/469 461/…

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,95/2,23 1,51/…

Максимальное число Маха 1,35 2,06

Посадочная скорость, км/ч 190

Практический потолок, м 15400 21600

Радиус действия, км 480 850

«Лайтнинг» корпорации «Бритиш эркрафт» – одноместный многоцелевой истребитель – Великобритания, 1954 г.

Рис. 2.32. Первый опытный образец многоцелевого истребителя Р.1В.

Рис. 2.33. Многоцелевой истребитель «Лайтнинг».

История создания. В 1947 г. фирмой «Инглиш электрик» (в 1960 г. она вошла в состав вновь организованного концерна ВАС) под руководством Ф. Пейджа был разработан проект опытного сверхзвукового самолета для полетов со скоростью ? = 1,2-^1,3. В 1949 г. проект был модифицирован в направлении создания истребителя-перехватчика (обозначенного Р.1), способного выполнять дневные полеты в обычных атмосферных условиях. Для исследования особенностей принятой схемы самолета и определения его летных характеристик на малых скоростях фирма «Шорт» построила опытный самолет уменьшенных габаритов S.B.5 (первый облет самолета был проведен 2.12.1952 г.). В 1954 г. было принято решение приспособить самолет для выполнения боевых задач в неблагоприятных атмосферных условиях не только днем, но и ночью, а также разработать систему, обеспечивающую взаимодействие радиолокационных установок, навигационной системы, оружия (ракет и снарядов) и т. п. самолета с элементами системы наземной обороны. Опытный образец Р.1А, испытанный 4.08.1954 г., имел скорость, соответствующую ? = 1,5. 4.04.1957 г. были проведены испытания второго опытного образца Р.1 В, в котором, кроме новой двигательной установки и усовершенствованного оборудования, был использован регулируемый сверхзвуковой воздухозаборник с генератором скачков уплотнения в виде размещенного по центру подвижного конуса.

В октябре 1958 г. новый самолет, названный «Лайтнинг» («Молния»), первым из английских самолетов достиг скорости, в два раза превышающей скорость звука. Были построены три опытных образца и два самолета пробной серии (первое летное испытание было проведено 3.04.1958 г.), которые впоследствии использовались как учебно-тренировочные. Для проведения эксплуатационных испытаний первые самолеты были направлены в войсковые подразделения в 1960 г., а первая боевая эскадрилья, оснащенная самолетами F.Mk2, была организована в 1961 г. Производство самолетов для нужд ВВС Великобритании было закончено в 1967 г. Кроме Великобритании, эти самолеты находились на вооружении Саудовской Аравии и Кувейта. Выпуск самолетов был прекращен в 1972 г. В общей сложности было изготовлено 319 самолетов следующих модификаций:

– истребитель-перехватчик F.Mkl и 1А (48 самолетов, испытания первого проводились 29.10.1959 г.), F.Mk2 и 2А (44 самолета, 11.07.1961 г.), F.Mk3 (58 самолетов, 16.06.1962 г.) и F.Mk6 (67 самолетов, 17.04.1964 г.);

– истребитель-бомбардировщик F.Mk53 (35 самолетов для Саудовской Аравии и 12 для Кувейта);

– учебно-тренировочный истребитель Т.Мк4 (20 самолетов, 6.05.1959 г.), Т.Мк5 (22 самолета, 29.03.1962 г.) и Т.Мк55 (6 самолетов для Саудовской Аравии и 2 для Кувейта).

Описание самолета. «Лайтнинг» представляет собой созданный по классической схеме средне- план с крылом постоянной или переменной стреловидности (модификации F.Mk6 и F.Mk53). В первом случае передняя кромка имеет стреловидность 60°, а во втором 60-55,5°. Крыло с удлинением 3,2, положительным углом установки 2° и отрицательном углом поперечного V 3° выполнено с применением профилей относительной толщины 5%. Самолет в плане имеет вид треугольника, из которого вырезан небольшой треугольник. Благодаря такому решению, во- первых, стало возможным размещение концевых элеронов на стреловидных консолях крыла, концы которого срезаны перпендикулярно оси самолета, и, во-вторых, использовать закрылки по всему размаху задней кромки. Крыло имеет коническую крутку и оснащено щелевым уступом. В период разработки самолета наибольшей модификации подвергся фюзеляж. После принятия решения относительно применения двухдвигательной схемы был проведен анализ, который показал, что проблемы сведения к минимуму площади миделева сечения и асимметрии тяги могут быть решены путем размещения двигателей друг над другом в задней части фюзеляжа и использования общего лобового воздухозаборника. Установка двигателей одного над другим в плоскости симметрии самолета с некоторым осевым смещением (верхний ближе к хвосту самолета) в целях получения минимального поперечного сечения и необходимой балансировки приводит к увеличению боковой поверхности фюзеляжа и тем самым к улучшению путевой устойчивости самолета, что позволяет несколько уменьшить поверхности вертикального оперения.

Рис. 2.34. Истребитель «Лайтнинг» (видны выдвинутые контейнеры НУРС).

В самолете Р.1 А фонарь кабины пилота лишь незначительно выступал за контур фюзеляжа, что ухудшало обзор. В Р.1 В и последующих модификациях обзор был значительно улучшен путем вынесения фонаря над фюзеляжем. В целях уменьшения сопротивления фонаря и увеличения его удлинения была использована дополнительная надстройка, в которой располагались проводка, оборудование и тяги управления. В последующих модификациях самолета были применены катапультируемые сиденья фирмы «Мартин Бейкер», а в самолетах F.Mk6 и F.Mk53-сиденья BS4.CMk2 с ракетным двигателем, позволяющие безопасно покидать самолет на скорости 167 км/ч и при нулевой высоте. В задней части фюзеляжа расположены два тормозных щитка. У самолетов Р.1 А щитки крепились по бокам фюзеляжа, а у Р.1В-на верхней поверхности (вблизи передней кромки киля). Управление самолетом обеспечивают элероны, управляемый стабилизатор и руль направления, расположенный на классическом вертикальном оперении. Все поверхности управления приводятся в движение с помощью необратимых гидроусилителей. Форма горизонтального оперения аналогична форме крыла. На самолете применены элероны с осевой компенсацией и выдвижные щелевые закрылки, максимальный угол отклонения которых составляет около 50°. Самолет выполнен в соответствии с правилом площадей, хотя фюзеляж не обнаруживает характерного сужения в области крыла.

Шасси самолета-трехстоечное, передняя стойка убирается вперед. У самолета Р.1 А переднее колесо во время убирания поворачивается на 90° и укладывается плашмя под воздухозаборником. В связи с реконструкцией фюзеляжа в самолете Р.1 В механизм убирания был упрощен за счет отказа от поворота колеса. В целях обеспечения необходимой ширины колеи главные стойки шасси крепятся в геометрическом центре консолей крыла и убираются в стороны. Правда, это потребовало применения такой кинематики уборки, при которой обеспечиваются параллельность оси стойки относительно оси крыла и поворот колес на угол 60° (ввиду стреловидности крыла) в положении «убрано». Все это позволило более эффективно использовать объем околофюзеляжных частей в качестве больших топливных кессон-баков.

Двигательная установка. Первый опытный летный образец самолета Р.1 А был оснащен двумя турбореактивными двигателями «Сапфир» ASSa.5 фирмы «Бристоль-Сиддли» со статической тягой 35,60 кН (3630 кГ) каждый. На втором опытном экземпляре были установлены такие же двигатели, но с форсажными камерами, позволяющими развивать тягу 45,31 кН (4620 кГ). В обоих самолетах использован центральный воздухозаборник типа Пито, т.е. нерегулируемый, дозвуковой, без центрального тела. На опытном образце Р.1 В, самолетах пробной серии и первых серийных самолетах устанавливались двигатели «Эвон» RA.24R («Эвон» 210) фирмы «Роллс-Ройс» тягой 50,01 кН (5100 кГ) без форсирования и 64,18 кН (6545 кГ) с форсированием. Боевые самолеты F.Mk3 и самолеты Т.Мк5 и Т.Мк55 двухместной модификации оснащены усовершенствованными двигателями «Эвон» серии 300 тягой 72,77 кН (7420 кГ) с форсированием. «Лайтнинг» F.Mk6 и его экспортная модификация обладают двигателем с большим ресурсом «Эвон» 302-С тягой 48,05 кН (4900 кГ) и 72,50 кН (7393) соответственно без форсирования и с форсированием. На опытных образцах Р.1 В и серийных самолетах ввиду увеличения скорости самолета был использован новый воздухозаборник с центральным телом, положение которого регулируется в зависимости от скорости полета. С целью увеличения расхода воздуха при работе двигателя на земле или при малой скорости полета использованы вспомогательные щелевые заборники, закрываемые створками.

Рис. 2.35. Проекции многоцелевого истребителя «Лайтнинг».

Топливная система самолета состоит из двух кессон-баков (в околофюзеляжных частях крыла) и подвесного подфюзеляжного бака общей емкостью 2 ? 1084 + 1136 л. В модификациях F.Mk6 и F.Mk53 изменена форма и увеличена емкость подфюзеляжного бака. Самолет «Лайтнинг» оборудован также подкрыльными замками, обеспечивающими подвеску двух (F.Mk3) или четырех (F.Mk6/53, под крылом и над ним) дополнительных баков емкостью 1182 л каждый (F.Mk6/53 имеет дальность полета до 3000 км). Самолеты этих двух модификаций имеют оборудование для дозаправки топливом в полете. На подфюзеляжном баке (его место может занять контейнер с боеприпасами или разведывательной аппаратурой) имеется киль (два киля у F.Mk6 и F.Mk53), повышающий устойчивость самолета при полетах со сверхзвуковыми скоростями.

Вооружение. Самолеты первых трех модификаций (F.Mkl, 1А и 2) были оснащены стрелково- ракетным вооружением, состоящим из двух (калибра 30 мм) пушек типа «Эйден» Мк4 (с боезапасом по 120 снарядов на каждую), размещенных в нижней передней части фюзеляжа, и двух ракет класса воздух-воздух «Файрстрик» фирмы «Хокер-Сиддли», которые закрепляются на пилонах, расположенных по бокам передней части фюзеляжа, и имеют инфракрасную головку самонаведения. В модификации F.Mk3 отказались от пушек в пользу ракетного вооружения, которое было пополнено двумя контейнерами неуправляемых снарядов (по 24 шт. в каждом). Расширение перечня задач, выполняемых самолетами модификаций F.Mk6 и F.Mk53, потребовало дифференциации вооружения, которое для истребителя-перехватчика состояло из двух пушек «Эйден», двух ракет и контейнера с 44 снарядами SNEB калибра 68 мм (вместо подфюзеляжного бака), а для истребителей-бомбардировщиков-из двух пушек «Эйден» и двух бомб (по 445 кг) в отсеке вооружения или двух пушек и 4-6 контейнеров снарядов «Матра» 155. В модификации самолета-разведчика вместо отсека вооружения монтируется разведывательный контейнер «Винтен» 360 с пятью фотоаппаратами и съемными объективами, позволяющими осуществлять разведку на высотах 60-9000 м при полете со сверхзвуковой скоростью.

Летно-технические данные самолета F.Mk3

Размах крыла, м 10,61

Длина, м 16,84

Высота, м 5,97

Площадь несущей поверхности, м2 42,60

Масса пустого самолета, кг 11 000

Взлетная масса (ном./макс.), кг 18 000/22 500

Грузоподъемность, кг 2700

Емкость топливных баков (внутр./внешн.), л 3400/2364

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 399/447

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,23/1,54

Максимальное число Маха 2,27

Максимальная скорость на высоте 12200 м, км/ч 2410

Максимальная скорость у земли, км/ч 1300

Полетная скорость, км/ч 950

Посадочная скорость, км/ч 220

Вертикальная скорость, м/с 254

Время подъема на высоту 18 300 м, мин 2,5

Практический потолок, м 18 300/21000

Максимальная (перегоночная) дальность, км 2200

Радиус действия (ср.), км 700

«Вуду» F-101 фирмы «Mакдоннел»-многоцелевой одноместный истребитель – США, 1954 г.

История создания. В 1946 г. ВВС США огласили требования к тяжелому истребителю дальнего проникновения. Работы по созданию этого самолета фирма «Макдоннел» начала 20.06.1946 г., а первое летное испытание опытного образца, обозначенного «Вуду» XF-88, было проведено 20 октября 1948 г. За это время было изготовлено только два опытных экземпляра (XF-88 и XF-88A, двигатель второго с форсажной камерой), так как в августе 1950 г. контракт был аннулирован по причине изменения оперативных концепций и технических требований со стороны командования ВВС. Поскольку в 1950 г. военно-воздушные силы США начали принимать на вооружение первые бомбардировщики В-47 «Стратоджет» фирмы «Боинг» и заканчивалась разработка еще более мощного и более скоростного самолета В-52 «Летающая крепость», то ВВС сформулировали требования к истребителю для нужд SAC (Стратегического авиационного командования ВВС США).

В 1951 г. фирма «Макдоннел» возобновила свои работы над проектом «Вуду», согласившись при этом на проведение существенных модификаций конструкции и оборудования. Первый летный образец, обозначенный F-101A, стал одновременно первым серийным самолетом. Его летное испытание было проведено 29.09.1954 г. Уже после запуска самолета в серийное производство Стратегическое авиационное командование изменило свое мнение и аннулировало программу, считая, что стратегические бомбардировщики В-47 и В-52 смогут (благодаря имеющемуся у них вооружению) выполнять свои задачи без сопровождения истребителей. В этой обстановке фирма предприняла попытку спасти самолет, переделав его для выполнения истребительно-бомбардировочных задач, а также перехвата и разведки применительно к нуждам Тактического авиационного командования ВВС США.

Самолет «Вуду» F-101 выпускался в следующих модификациях:

– истребитель-бомбардировщик F-101A (77 самолетов) и F-101C (47 самолетов);

– двухместный дальний перехватчик F-101B (480 самолетов, первое летное испытание 27.03.1957 г.);

– самолет тактической разведки YRF-101A (2 опытных образца, 10.05.1956 г.), RF-101A (35 самолетов) и RF-101C (166 самолетов, 12.07.1957 г.);

– тренировочный самолет TF-101B (переименованный впоследствии на TF-101F).

В общей сложности в 1954-1961 гг. было выпущено 807 самолетов F-101. Самолет F-101B стоил 1831000 долл. 12 декабря 1957 г. на базе 15-25 км был установлен рекорд скорости 1940,0 км/ч. Кроме США, самолеты F-101 находились на вооружении ВВС Канады (66 двухместных самолетов с обозначением CF-101B и CF-101F) и Тайваня (25 самолетов типа RF-101C).

Рис. 2.36. Серийный истребитель-бомбардировщик «Вуду» F-101A.

Описание самолета. Самолет «Вуду» является среднепланом классической схемы со стреловидным крылом относительной толщины 6-4,5% и стреловидным хвостовым оперением. Наиболее характерной чертой самолета, кроме компоновки двигателей и формы задней части фюзеляжа, является принятая форма крыла. Первоначально предполагалось использовать обычное стреловидное крыло с углами стреловидности по передней кромке ~ 37° и по задней кромке ~ 20°, т. е. такое, как и у XF-88. Однако увеличение взлетной массы самолета потребовало увеличения несущей поверхности, в связи с чем была принята концепция переменной стреловидности крыла по задней кромке (отрицательной вблизи корневого сечения и далее положительной по всему размаху). На верхней поверхности консолей крыла (приблизительно на половине размаха элеронов) расположены небольшие аэродинамические гребни. Сокращение пробега осуществляется за счет использования закрылков, трех тормозных щитков (один-в передней нижней части фюзеляжа, перед воздухозаборником, и два-по бокам фюзеляжа) и тормозного парашюта, расположенного в хвостовой части фюзеляжа.

Система управления состоит из элеронов обычного типа, руля направления и управляемого стабилизатора. В самолете использованы автомат продольной балансировки, а также звуковая и световая сигнализация опасных углов атаки, возникающих при некоторых величинах продольных моментов. Шасси – трехстоечное с одинарными колесами. Главные стойки шасси убираются в крыло. Уборка шасси происходит при скорости 462 км/ч. В конструкции планера самолета использованы преимущественно сплавы алюминия. Тем не менее многие элементы, в частности шпангоуты фюзеляжа, обшивка в области действия выхлопных газов, лонжероны, элементы жесткости и узлы крепления крыла, выполнены из титановых сплавов. Обшивка крыла изготовлена из фрезерованных монолитных панелей. Хвостовая часть стабилизатора и руль направления выполнены в виде конструкции с многослойной обшивкой.

Рис. 2.37. Компоновочная схема истребителя- бомбардировщика F-101A.

Двигательная установка. Для обеспечения безопасности при полетах на большие расстояния было принято решение использовать два двигателя. Двигатели расположены горизонтально в нижней части фюзеляжа таким образом, что их обтекатели несколько выступают за геометрический контур фюзеляжа. Применение укороченных форсажных камер и нерегулируемых воздухозаборников с устройствами отвода пограничного слоя, расположенных в околофюзеляжных частях крыла, уменьшило длину воздушного канала и потери давления. Короткие форсажные камеры позволили применить балочную конструкцию фюзеляжа, что уменьшило не только массу планера самолета, но и аэродинамическое сопротивление.

В самолетах модификаций А и С использованы турбореактивные двигатели J57-P-13 фирмы «Пратт-Уитни» тягой 52,07 кН (5310 кГ) и 64,48 кН (6575 кГ) соответственно без форсирования и с форсированием, а в самолетах F-101B-более совершенные двигатели J57-P-55 с удлиненной форсажной камерой тягой 53,2 кН (5440 кГ) без форсирования и 65,6 кН (6800 кГ) с форсированием. Топливные баки емкостью 9600 л расположены в фюзеляже и околофюзеляжных частях крыла. Самолет оснащен наружными узлами подвески двух дополнительных баков емкостью по 1705 л, а также оборудованием для дозаправки топливом в полете (как с помощью телескопической штанги, так и гибких шлангов). В хвостовой части фюзеляжа размещены две горловины для быстрого аварийного слива топлива из внутренних баков.

Вооружение. Стационарное вооружение самолета в модификациях истребителей-бомбардировщиков и перехватчиков состоит из четырех- ствольной пушки М-39Е калибра 20 мм. На трех подфюзеляжных наружных узлах подвесок самолет может нести 1000 кг (модификация В) или 1800 кг (модификации А и С) боеприпасов, в том числе одну ядерную бомбу (только F-101C) или ракету «Джини» с ядерной боеголовкой (только F-101B), три ракеты «Фолкон» класса воздух-воздух (модификации А и С) или три контейнера неуправляемых снарядов.

Летно-технические данные F-101B

Размах крыла, м 12,09

Длина, м 20,55

Высота, м 5,49

Площадь несущей поверхности, м2 43,20

Масса пустого самолета, кг 12680

Взлетная масса (ном./макс.), кг 18 100//20900 1*

Грузоподъемность, кг 1000-1800

Емкость топливных баков (внутр./внешн.), л 9600/3410

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 419/484

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,38/1,69

Максимальное число Маха 1,85

Максимальная скорость на высоте 12200 м, км/ч 1964

Максимальная скорость у поверхности земли, км/ч 1350 2*

Полетная скорость с наружными подвесками, км/ч 958

Посадочная скорость, км/ч 278

Вертикальная скорость, м/с 80

Практический потолок, м 15 860

Дальность полета (ном./макс.), км 2715/4500

1* 22 225 кг в модификации С.

2* Ц60 км/ч в модификации А.

Рис. 2.38. Проекции истребителя-бомбардировщика «Вуду» F-101.

F.D.2 фирмы «Фэри» – одноместный экспериментальный самолет- Великобритания, 1954 г.

История создания. Проблемой треугольного крыла фирма «Фэри» предварительно начала заниматься уже во время второй мировой войны. Основные работы развернулись в 1947 г. во время создания опытного образца истребителя вертикального взлета и посадки F.D.I. Испытанный 12.03.1951 г. самолет так и не вышел из стадии опытных работ, и его последующее назначение сводилось к исследованию свойств треугольного крыла при малых скоростях полета, поскольку установленный на нем двигатель «Дервент» 8 фирмы «Роллс-Ройс» имел тягу лишь 15,98 кН. В такой ситуации в 1949 г. было предпринято изучение концепции самолета для проведения исследований в области сверхзвуковых скоростей, а в 1950 г. было установлено, что вполне возможна разработка боевого сверхзвукового самолета. Однако практические работы в этом направлении начались только в 1952 г. (под руководством Р. Ликли), которые 6 октября 1954 г. увенчались летным испытанием первого опытного экземпляра.

10.03.1956 г. на самолете F.D.2 был установлен рекорд скорости на базе 15 км. Этот отрезок самолет пролетал на высоте 11 600 м в обоих направлениях со скоростями 1798 и 1846 км/ч (среднее число Маха 1,731). Рекордный полет длился 23 мин; при этом самолет пролетел расстояние 386 км. Несмотря на продолжительное время полета, было отмечено нагревание конструкции кабины до + 50° С (при температуре окружающего воздуха – 60°С). В 60-х годах самолет F.D.2 был реконструирован для исследования свойств оживального крыла. Новая модификация получила обозначение ВАС 221.

Рис. 2.39. Экспериментальный самолет F.D.2 в полете.

Описание самолета. Самолет F.D.2 представляет собой среднеплан, выполненный по схеме «бесхвостка», с треугольным (срезанным на концах) крылом. Изготовленное с применением профилей относительной толщины 4% крыло имеет прямолинейные передние кромки со стреловидностью 60° и расположенные перпендикулярно оси самолета задние кромки. В системе поперечного и продольного управления использованы элевоны, большая хорда которых обеспечивает хорошую управляемость при малых углах отклонения и малом приросте сопротивления. Самолет спроектирован в соответствии с правилом площадей, требование которого было выполнено не за счет характерного изменения формы фюзеляжа, а путем применения воздухозаборников специальной конструкции и стреловидного киля.

Управление всеми рулями осуществляется с помощью необратимых гидроусилителей и устройств загрузки рычагов управления пружинного типа. В системе управления элеронами и рулем высоты использован редуктор с регулируемым передаточным отношением между углом выдвижения ручки управления и углом отклонения рулей в зависимости от скорости полета. Вначале обе системы работали совместно с ручным изменением передаточного отношения от 1:1 до 9:1. Позднее была применена автоматическая система. Фюзеляж состоит из трех частей. Передняя часть, выполненная в виде заостренного конуса с овальным поперечным сечением, подвижная. В целях увеличения видимости во время посадки она отклоняется вниз на 10°. В этой части фюзеляжа находится кабина пилота с катапультируемым сиденьем (возможно также отделение всей кабины), закрытая обтекателем, оборудованным лишь тремя небольшими иллюминаторами для наблюдений по сторонам и вверх. Лобовое неподвижное стекло состоит из двух частей. Основная часть фюзеляжа постоянного овального сечения заканчивается короткой сужающейся частью, образованной сложенными четырехсекционными тормозными щитками, закрывающими регулируемое выходное сопло двигателя. Под рулем направления находится контейнер для парашюта. Шасси – трехстоечное, с одинарными колесами. Передняя стойка шасси убирается назад. Главные стойки шасси со сложной кинематикой убираются в околофюзеляжные части крыла. Из-за недостатка места в тонком крыле использованы узкие цельнорезиновые шины колес.

Двигательная установка. На самолете установлен турбореактивный двигатель «Эвон» 14 фирмы «Роллс-Ройс» тягой 44,48 кН (4536 кГ) с форсированием. Боковые нерегулируемые воздухозаборники имеют выдвинутые вперед острые верхние кромки (во время сверхзвукового полета на них образуются косые скачки уплотнения) и округлые дозвуковые нижние кромки. Внизу средней части фюзеляжа находится дополнительный щелевой воздухозаборник, открываемый при полетах на больших углах атаки и при работе двигателя на земле. Топливо размещается в крыльевых баках и в фюзеляжном баке, расположенном между воздухозаборниками.

Летно-технические данные

Размах крыла, м 8,20

Длина, м 15,90

Высота, м 3,40

Площадь несущей поверхности, м2 33,4

Нормальная взлетная масса, кг 6100

Номинальная удельная нагрузка на крыло, кг/м2 183

Номинальное отношение массы самолета к тяге при форсировании, кг/даН 1,37

Максимальное число Маха 1* 2,0

Максимальная скорость полета, км/ч 2100

Максимальная продолжительность полета, мин 2* 25

1* Проектные данные.

2* На форсированном режиме работы двигателя.

Рис. 2.40. Проекции экспериментального самолета F.D.2.

Ил-54- трехместный бомбардировщик конструкции С. В. Ильюшина-СССР, 1954 г.

История создания. После сдачи в серийное производство тактического околозвукового самолета-бомбардировщика Ил-28 конструкторское бюро С. В. Ильюшина в 1951 г. приступило к разработке его модификации со стреловидным крылом. Этот самолет по замыслу разработчиков должен был летать со скоростью 1000 км/ч. Первоначально он был обозначен Ил-28-2, а затем Ил-30. Однако в 1953 г. было признано, что модификация сравнительно низкоскоростного самолета Ил-28, развивающего максимальную скорость 900 км/ч, не стоит затрат времени. Поэтому было начато проектирование нового самолета с лучшими характеристиками, измененными габаритами и новой силовой установкой.

Новому самолету было дано обозначение Ил-54. Первый испытательный полет был проведен в 1954 г., а 25.06.1956 г. на подмосковном аэродроме опытный экземпляр (обозначенный Ил-149) вместе с другими новыми самолетами СССР был продемонстрирован представителям западных государств. Во время воздушного парада, посвященного Дню авиации (1957 г.), был показан групповой полет самолетов Ил-54. В воздухе одновременно находилось 36 самолетов этой модификации. После проведения летных испытаний, во время которых была достигнута максимальная скорость полета 1150 км/ч (М = 0,93), и замены двигательной установки была выпущена небольшая серия этих машин.

Рис. 2.41. Бомбардировщик Ил-54.

Описание самолета. Самолет выполнен по схеме высокоплана со стреловидным крылом (угол стреловидности передней кромки 55°), имеющим отрицательное поперечное V. Фюзеляж выполнен с большим удлинением. Крыло оснащено элеронами, закрылками и четырьмя аэродинамическими гребнями, два из которых представляют собой продолжение пилонов крепления гондол двигателей. В концевых частях крыла имеются ниши для вспомогательных стоек шасси. В фюзеляже овального сечения находятся кабина пилота и штурмана, ниша переднего шасси, бомбовый отсек и ниша заднего шасси, а в задней части-кабина стрелка.

Отличительной чертой самолета является применение шасси велосипедного типа со сдвоенными колесами (главных стоек) и одинарными маленькими колесами вспомогательных стоек. Система управления состоит из элеронов и классического хвостового оперения с рулями высоты и направления.

Двигательная установка. На опытном образце устанавливались двигатели МР-40 тягой 49,03 кН (5000 кГ) без форсирования и 68,65 кН (7000 кГ) с форсированием, а на серийных самолетах-два турбореактивных двигателя АЛ-7 конструкции А. М. Люлька, располагавшиеся в подкрыльных гондолах, с нерегулируемыми круглыми лобовыми воздухозаборниками.

Вооружение. Стационарное вооружение самолета состоит из спаренной пушки НР-23 (калибр 23 мм), расположенной в хвостовой части фюзеляжа под кабиной стрелка. Длинный бомбоотсек предназначен для транспортировки бомб и торпед общей массой 2500 кг.

Летно-технические данные

Размах крыла, м 17,80

Длина, м 21,80

Высота, м 6,40

Площадь несущей поверхности, м2 64,80

Масса пустого самолета, кг 15 400

Нормальная взлетная масса, кг 29 500

Номинальная удельная нагрузка на крыло, кг/м2 455

Максимальная скорость на высоте 12000 м, км/ч 1470

Полетная скорость, км/ч 1140

Потолок, м 13 000

Дальность (ном./макс.), км 2400/3400

Рис. 2.42. Проекции бомбардировщика Ил-54.

«Сюпер-Мистэр» фирмы «Дассо» – одноместный истребитель- Франция, 1955 г.

История создания. Первым реактивным самолетом фирмы «Дассо» был одноместный истребитель-иерехватчик с прямым крылом «Ураган», имевший скорость полета 940 км/ч. К разработке проекта этого самолета фирма приступила в декабре 1947 г., а его облет был проведен уже в феврале 1949 г. Вскоре самолет был поставлен на серийное производство. Исследования средств увеличения скорости полета привели разработчиков к использованию стреловидного крыла. Таким образом появилось целое семейство самолетов «Мистэр»: I, II, II-C, IV-A, IV-B, IV-N и «Сюпер-Мистэр». Испытания первого летного образца самолета «Мистэр» было проведено в феврале 1951 г. В октябре 1952 г. во время совместных испытаний с американским самолетом «Сейбр» F-86 фирмы «Норт Америкен» самолет «Мистэр» II впервые летал со скоростью звука. У самолетов «Мистэр» II использовалось крыло с углом стреловидности передней кромки 33°, а у самолетов «Мистэр» IV-с углом 41°, причем в обоих применены ламинарные профили с относительной толщиной 9%. Серийные самолеты, оснащенные турбореактивными двигателями «Вердон» фирмы «Испано-Сюиза» тягой 34,32 кН (3500 кГ), развивали у поверхности земли максимальную скорость 1120 км/ч.

Дальнейшее увеличение скорости самолета было достигнуто путем использования более тонкого крыла с большим углом стреловидности и нового двигателя с форсажной камерой. Самолет «Сюпер-Мистэр» В.1, оснащенный английским двигателем «Эвон» фирмы «Роллс- Ройс», впервые был испытан 2 марта 1955 г.

В серийное производство (180 самолетов в 1957-1959 гг., из них 12-для Израиля) была запущена модификация В.2. Последняя модификация самолетов этого семейства, названная «Сюпер-Мистэр» В.4, ввиду принятия в серийное производство самолета «Мираж» III, не вышла за рамки создания двух опытных образцов. Самолеты В.4 отличались от В.2 более мощным двигателем и рассматривались как опытные самолеты, предназначенные для установления рекордных результатов. В феврале 1958 г. на них была достигнута максимальная скорость полета, соответствующая ? = 1,4.

Рис. 2.43. Первый опытный образец истребителя «Сюпер-Мистэр» В.4.

Описание самолета. Самолет «Сюпер-Мистэр» представляет собой построенный по классической схеме одноместный, однодвигательный низкоплан со стреловидным крылом. Крыло с углом стреловидности 45° (в модификации В.2) и 48° (в модификации В.4) с удлинением соответственно 3,86 и 3,15 и относительной толщиной 6% оснащено элеронами и закрылками. Фюзеляж овального поперечного сечения (с несколько сплюснутой нижней частью) выполнен без учета правила площадей. Хвостовое оперение-классическое, стреловидное. Плоскости управляемого стабилизатора крепятся к килю. Шасси-трехстоечное; передняя стойка убирается назад в фюзеляж, а главные-в околофюзеляжную часть крыла. Каплевидный фонарь кабины пилота значительно выступает за геометрический контур фюзеляжа, чем обеспечивается отличная видимость вперед и по сторонам.

Двигательная установка. На всех самолетах «Сюпер-Мистэр» устанавливались турбореактивные двигатели с форсажными камерами. Первый опытный образец (В.1) был оснащен двигателем «Эвон» RA.7R фирмы «Роллс-Ройс» тягой 42,17 кН (4300 кГ) при форсировании, а серийные самолеты В.2-двигателем «Атар» 101G фирмы «SNECMA» тягой 33,34 кН (3400 кГ) без форсирования и 44,13 кН (4500 кГ) с форсированием. На самолете В.4 устанавливался двигатель «Атар» 9В тягой соответственно 41,68 кН (4250 кГ) и 58,84 кН (6000 кГ). Емкость внутренней топливной системы составляет 2000 кг. Воздухозаборник-центральный, нерегулируемый, дозвуковой, овального поперечного сечения.

Вооружение. Стационарное вооружение самолета состоит из двух пушек DEFA (калибр 30 мм) и 35 снарядов, находящихся в специальном отсеке фюзеляжа. Под крылом самолет может нести два контейнера с 38 неуправляемыми снарядами каждый, две 500-килограммовые бомбы, управляемые ракеты типа «Матра» или дополнительные топливные баки.

Рис. 2.44. Проекции истребителя «Сюпер-Мистэр» В.4.

Летно-технические данные В.2 В.4

Размах крыла, м 11,12 10,5

Длина, м 14,20 14,0

Высота, м 4,2

Площадь несущей поверхности, м2 32,0 35,0

Масса пустого самолета, кг 6985 7000 ,

Взлетная масса (ном./макс.), кг 9000/ 10000/ /10000 /12000

Максимальная посадочная масса, кг … 8000

Грузоподъемность, кг 1000 1000

Количество топлива в баках, кг 2000/1200 2200/1200

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.). кг/м2 281/312 286/343

Удельная нагрузка на крыло при посадке, кг/м2 …. 228

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 2,04/2,26 1,70/2,04

Максимальное число Маха 1,125 1,4

Максимальная скорость на высоте 11000 м, км/ч 1195 1487

Вертикальная скорость, м/с 89 150

Время подъема на высоту 11000м, мин … 2,84

Практический потолок, м 16 700 16750

Дальность (ном./макс.), км 870/1175 1100/2300

«Крусейдер» F-8 фирмы «LTV-Аэроспейс» – многоцелевой одноместный истребитель-США, 1955 г.

История создания. Проектирование самолета началось в 1953 г., после того как фирма «Чанс- Воут» заняла первое место в конкурсе, объявленном ВВС США. В 1961 г. эта фирма объединилась с «Темко электронике», образовав концерн LTY. Были построены два опытных образца самолета с обозначением XF8U-1 (в 1962 г. обозначение было изменено на XF-8A), первый из которых был испытан 25.03.1955 г. и уже 30 сентября того же года были завершены приемо-сдаточные испытания на авианосце. Поставка серийных самолетов в военно-воздушные подразделения была начата в декабре 1956 г. Стоимость самолета первых модификаций составляла 900000 долл. Серийное производство было свернуто в 1965 г. после выпуска 1261 самолета следующих модификаций:

– истребитель F-8A (на начальной стадии имел обозначение F8U-1, 318 самолетов), F-8B (F8U-1E, 130 самолетов, облет первого проведен 3.09.1958 г.), F-8C (F8U-2, 187 самолетов, декабрь 1957 г.) и F-8D (F8U-2N, 152 самолета, 16.02.1960 г.);

– истребитель-бомбардировщик F-8E (F8U-2NE, 286 самолетов, 30.06.1961 г.) и F-8E/FN (42 самолета для Франции, 27.02.1964 г.);

– разведчик RF-8A (F8U-1P, 144 самолета, 17.12.1956 г.);

– тренировочный NTF-8A (F8U-1T, 74 самолета F-8A реконструировано на двухместные с креслами экипажа, расположенными друг за другом; первый образец испытан 6.12.1962 г.);

– опытный F8U-3-совершенно новая модификация со скоростью М = 2,5, с двигателем J75-P-5A тягой 78,45 кН (8000 кГ) без форсирования и 115,67 кН (11 795 кГ) с форсированием. Фюзеляж самолета удлинен, увеличен угол стреловидности крыла, под фюзеляжем установлены два складывающихся киля. Построено три опытных образца такого самолета, первый из которых был испытан в июле 1958 г. (данные: размах крыла 11,4 м, длина 17,9 м, высота 5,0 м, площадь несущей поверхности 39,0 м2 , масса пустого самолета 8800 кг, взлетная масса 16000 кг).

В 1966-1970 гг. была проведена модернизация 446 самолетов, преследовавшая цель продления срока эксплуатации. Эти самолеты получили дополнительное буквенное обозначение G, Н, J, К или L. В 1957-1963 гг. самолеты «Крусейдер» являлись основой боевой мощи военно- морской и десантной авиации. Во второй половине 60-х годов они частично были заменены самолетами «Фантом» II F-4, а в 70-х годах-самолетами «Томкэт» F-14.

5 июня 1971 г. был испытан модифицированный самолет NASA (Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства) TF-8A, в котором для исследовательских целей использовано сверхкритическое крыло со следующими данными: размах 13,11 м, площадь поверхности 24,45 м 2 , угол стреловидности передней кромки 42°, профиль относительной толщины 11% (в корневом сечении) и 7% (на концах крыла), без поперечного V, с углом установки 1,5°. Летом 1972 г. были проведены испытания модифицированного самолета NASA F-8C, в котором механическая система управления самолетом была заменена электрической, совместимой с цифровой системой управления по проводам DFBW. В результате этого самолет «Крусейдер» стал первым американским самолетом со сверхкритическим крылом и электродистанционной системой управления.

Рис. 2.45. Истребитель-бомбардировщик «Крусейдер» F-8 различных модификаций. a-F-8E; 6-F-8U-3; в – экспериментальный самолет со сверхкритическим крылом.

Описание самолета. «Крусейдер» F-8 представляет собой высокоплан, спроектированный в соответствии с правилом площадей. Крыло имеет угол стреловидности по передней кромке 48°, отрицательный угол поперечного V 5° и профили с относительной толщиной около 5%. Отличительной чертой этого самолета является применение устройства, обеспечивающего изменение угла установки крыла в полете.

Хорошие аэродинамические характеристики удалось получить благодаря использованию уступа передней кромки (расположенного в плоскости раздела крыла на неподвижную и подвижную консольную часть, складываемую вверх в условиях хранения в ангаре на авианосце), размещенных вдоль всего размаха крыла носовых щитков и установленных между элеронами и фюзеляжем небольших закрылков. Использование такого рода средств механизации крыла обеспечивает самолету исключительно малую посадочную скорость, которая для модификации F-8A составляет всего 185 км/ч при малой взлетной массе. Во «французской» модификации были реконструированы носовые щитки и применена система сдува пограничного слоя с закрылков. Работа системы сдува связана с отклонением закрылков, причем открытие воздушных клапанов происходит после отклонения закрылков на угол 25°, а максимальный расход воздуха достигается при угле отклонения 35°. Высокая эффективность носовых щитков и использование системы СПС позволили уменьшить угол поперечного V крыла с 7 до 5°. Увеличение продольной неустойчивости самолета компенсировано увеличением поверхности горизонтального оперения.

Многолонжеронное крыло выполнено с применением монолитных фрезерованных панелей. Консоли крыла крепятся к фюзеляжу с помощью двух шарниров (размещенных на заднем лонжероне) и гидротолкателя, управляющего углом установки крыла (в модификации F8U-3 применено два винтовых домкрата) и соединенного шарнирно с передним лонжероном правой консоли.

Фюзеляж самолета на значительной длине имеет овальное поперечное сечение и плоские боковые поверхности (максимальная высота 1,9 м, ширина 1,6 м) и лишь в хвостовой части – круглое сечение. Шпангоуты и толстые перегородки выполнены из двух половин, соединяемых вдоль продольной оси. Нижняя часть фюзеляжа усилена балкой с прессованными поясами и стенкой, жесткость которой достигается за счет вертикальных стоек. К этой балке крепятся: тормозной щиток (отклоняемый на 55°), опора (обеспечивающая старт с катапульты) и складной крюк (служащий для торможения самолета во время посадки). В нижней центральной части фюзеляжа находятся ниши главного шасси и контейнеры НУРС. Остальное пространство центральной части фюзеляжа занято мягкими топливными баками, оборудованием и каналом подачи воздуха к двигателю. В передней части фюзеляжа расположена кабина пилота. Фонарь кабины состоит из неподвижной передней и открываемой вверх и назад задней части. Каркас фонаря выполнен в виде отливки из магниевого сплава. В самолетах модификации F-8A/B использованы катапультируемые кресла упрощенной конструкции. Масса такого кресла составляет всего 13,6 кг. В других же модификациях использованы кресла с ракетным двигателем, позволяющие покидать самолет при нулевых скорости и высоте.

Оперение самолета-стреловидное, состоит из управляемого стабилизатора и киля с рулем направления. Плоскости стабилизатора установлены с положительным углом поперечного V 5°. Отклонение руля направления и элеронов осуществляется с помощью сдвоенных гидроусилителей; аварийное питание гидравлической системы обеспечивается специальной воздушной турбиной, приводимой в движение внешним воздушным потоком.

Шасси – трехстоечное, с одинарными колесами малого диаметра, убирается в фюзеляж. Колесо передней стойки шасси крепится к балке- амортизатору при помощи вильчатого рычага, а колеса главных стоек имеют непосредственное крепление. Пневматики колес – бескамерные, тормоза – дисковые.

Двигательная установка. На двух опытных образцах и первых серийных самолетах F-8A устанавливались турбореактивные двигатели J57-P-12 фирмы «Пратт-Уитни» тягой 57,83 кН (5897 кГ) без форсирования и 71,17 кН (7257 кГ) с форсированием. Впоследствии на самолетах модификации F-8A стали применять двигатели J57-P-4A тягой 71,85 кН (7327 кГ) при форсировании, в модификации F-8C-двигатель J57-P-16 с форсированной тягой 75,17 кН (7665 кГ), а в модификациях F-8D и F-8E-двигатель J57-P-20 тягой 47,59 кН (4853 кГ) без форсирования и 80,07 кН (8165 кГ) с форсированием (в модификации F-8E/FN-двигатель J57-P-20A). Запуск двигателя осуществляется с помощью пневмостартера, расположенного в нижней части фюзеляжа и питаемого сжатым воздухом от внешней пневматической установки.

Емкость внутренних баков, находящихся в крыле, центральной части фюзеляжа и передней части двигательного отсека, составляет 5300 л. Кроме того, в самолетах модификаций F-8D и NTF-8A запас топлива может быть увеличен за счет использования двух дополнительных подкрыльных баков емкостью 1136 л каждый. Все самолеты были оснащены оборудованием, обеспечивающим дозаправку топливом во время полета. В модификациях F-8A и RF-8A шарнирный телескопический топливоприемник после выдвижения из фюзеляжа располагался на высоте фонаря кабины, а в остальных модификациях он размещается с левой стороны фюзеляжа (за кабиной) и закрывается эллиптическим обтекателем.

Рис. 2.46. Проекции многоцелевого истребителя «Крусейдер» F-8.

Вооружение. Вооружение самолета состоит из двух спаренных 20-мм пушек типа «Кольт», установленных в передней части фюзеляжа (с боезапасом 84 или 144 снаряда на ствол), и 2 или 4 ракет типа «Сайдуиндер» с инфракрасной головкой самонаведения, закрепляемых на фюзеляжных пилонах. Во французской модификации самолета вооружение может быть пополнено ракетами класса воздух-воздух «Матра» R.530. Несмотря на то что основным оружием во время перехвата являются ракеты «Сайдуиндер», самолеты модификаций F-8A, В и С дополнительно оснащались автоматически выдвигаемым из отсека боеприпасов в центральной нижней части фюзеляжа контейнером на 32 неуправляемых снаряда калибра 70 мм. Переоборудование самолетов модификации F-8E для уничтожения наземных целей сводилось к возможности замены ракет «Сайдуиндер» на «Зу- ни» и к монтажу двух дополнительных подкрыльных пилонов при одновременном сохранении вооружения, необходимого для выполнения задач перехвата. На каждом из этих пилонов можно крепить ракеты «Булпап» или «Страйк», бомбы (6 ? 113, 4 ? 226, 2 ? 453, 1 ? 907 кг) или дополнительный топливный бак емкостью 1136 л.

Летно-технические данные F-8A F-8D

Размах крыла, м 10,87 10,73

Длина, м 16,54 16,54

Высота, м 4,80 4,80

Площадь несущей поверхности, м2 34,84 32,50

Масса пустого самолета, кг 7485

Взлетная масса (ном./ /макс.), кг 9800/ 12 500/ /12000 /15 420

Грузоподъемность, кг … 5400

Количество топлива в баках (внутр./внешн.), л 5300/2270 5300/3400

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 240/344 385/475

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,36/1,67 1,56/1,93

Максимальная скорость на высоте 12200 м, км/ч 1600 2093

Максимальная скорость у поверхности земли, км/ч … 1200

Посадочная скорость, км/ч 185

Взлетная скорость, км/ч 152

Практический потолок, м 16750

Дальность (ном./макс.), км 1600/2200 2250/2750

«Гриффон» фирмы «Нор авиасьон» – одноместный истребитель- перехватчик – Франция, 1955 г.

История создания. Работы по созданию самолета начались в 1953 г., а испытание первого летного образца было проведено уже 20 сентября 1955 г. (этот экземпляр самолета имел обозначение 1500-01 «Гриффон» I). Его окончательная конструкция была выбрана в результате многочисленных испытаний опытного планера «Арсеналы) 1301, разработанного конструктором Ж. Гальтье. Самолет 1500-01 был оснащен турбореактивным двигателем «Атар» 101F с форсажной камерой фирмы SNECMA. В результате проведенных испытаний было установлено, что выбранная принципиально новая аэродинамическая схема самолета с дестабилизатором, расположенным в передней части фюзеляжа, характеризуется прекрасными летными качествами при малых скоростях полета, и в 1956 г. было начато строительство второго летного образца 1500-02 («Гриффон» II), предназначавшегося для полетов со сверхзвуковыми скоростями. Облет нового самолета, оснащенного турбореактивным двигателем «Атар» 101Е-3, который находился в тракте ПВРД диаметром 1,37 м, был проведен 23.01.1957 г. При работающем прямоточном воздушно-реактивном двигателе этот самолет достиг рекордных скоростей 1638 км/ч (полет 25.02.1959 г. по замкнутой 100-километровой траектории) и 2330 км/ч (полет 6.10.1959 г. на базе 15 км). Семь дней спустя на высоте 15 250 м была достигнута скорость 2316 км/ч, соответствующая ? = 2,19. За все время разработки самолета было построено только два летных образца, испытания которых проводились и в начале 60-х годов. Из экономических и военных соображений, а также по причине сложности комбинированного турбопрямо- точного двигателя работы над самолетом были прекращены.

Рис. 2.47. Истребители-перехватчики «Гриффон» I (а) и «Гриффон» II (б).

Описание самолета. «Гриффон» представляет собой построенный по схеме «бесхвостка» одноместный среднеплан с треугольным крылом и дополнительной дестабилизирующей поверхностью, расположенной в передней части фюзеляжа. Крыло с углом стреловидности передней кромки 60° и удлинением 2,05 изготовлено с применением симметричных профилей относительной толщиной 4,5% и оснащено расположенными вблизи корневых сечений крыла элевонами. Размещение элевонов около фюзеляжа было продиктовано тем, что при больших углах атаки (соответствующих посадке) на концах треугольного крыла происходит интенсивный отрыв потока, что снижает эффективность управляющих поверхностей. Конструкция крыльев – двухлонжеронная, причем оси лонжеронов перпендикулярны плоскости симметрии самолета. Концы лонжеронов соединены наклонной продольной стенкой, к которой крепится носок крыла. Ориентированные по направлению потока нервюры соединены со стенками лонжеронов и стрингерами, обеспечивающими необходимую жесткость обшивки, толщина которой меняется вдоль размаха. Крыло разъемной конструкции соединяется с фюзеляжем в местах расположения силовых шпангоутов. Концевые части крыла и элевоны имеют многослойную обшивку. Как и весь планер самолета, крыло выполнено из алюминиевого сплава и рассчитано на перегрузку 9,75.

Перед крылом (несколько выше его плоскости, вдоль продольной оси передней части фюзеляжа) находятся неподвижные, малого размера, треугольные несущие плоскости с углом стреловидности передней кромки 65°, размахом 2,57 м и площадью 1,5 м2 . Эти плоскости выполняют две функции. При малых скоростях полета они работают как отклоняющие воздушный поток предкрылки, а при больших- преимущественно сверхзвуковых – компенсируют перемещение центра давления крыла назад, создавая при этом дополнительную подъемную силу спереди. Вследствие этого при переходе от дозвуковых скоростей полета к сверхзвуковым уменьшается перемещение центра давления самолета назад, а тем самым балансировочное сопротивление и нагружение крыла.

Рис. 2.48. Схема размещения элементов двигательной установки в самолетах «Гриффон» I и «Гриффон» II.

1 – воздухозаборник (площадь входного сечения 0,34 м 2 ); 2-воздушный канал; 3-топливные баки; 4-ТРД «Атар» F; 5-форсажная камера; 6-воздухозаборник (площадь входного сечения 0,68 м 2 ); 7-воздушный канал; 8-кожух двигателя; 9-ТРД «Атар» Е-3; 10-топливные форсунки ПВРД; 11 -стабилизатор пламени; 12-камера сгорания ТРД; 13-камера сгорания ПВРД; 14 -теплоизоляция; 15 -удлинительная труба ТРД; 16-сопло ТРД; 17-форсунки форсажной камеры; 18-топливный клапан ПВРД; /9-регулятор расхода топлива; 20-аварийный клапан; 21-регулятор давления; 22-топливный насос; 23-блок агрегатов ПВРД; 24-привод блока агрегатов от компрессора ТРД.

Фюзеляж самолета состоит из двух частей – передней и основной. В передней части фюзеляжа (с многослойной обшивкой) находится кабина пилота, выполненная вместе с носовым коническим обтекателем как одно целое независимо от остальной части фюзеляжа. Первоначально планировалось, что в аварийных ситуациях она будет отделяться целиком. Поэтому она крепится лишь с помощью четырех болтов.

Тем не менее в опытных образцах самолета были использованы обычные катапультируемые сиденья, однако их использование было возможным только после того, когда в высотном скафандре пилота создавалось необходимое давление. Основная часть фюзеляжа почти полностью занята каналом воздушно-реактивного двигателя. Между корпусом ПВРД и обшивкой фюзеляжа расположены ниши уборки передней и главных стоек шасси (главные стойки убираются вперед, передняя-назад), двухсекционные тормозные щитки и агрегаты топливной системы. Конструкция фюзеляжа – балочная, с усиленными шпангоутами, расположенными в плоскостях крыльевых лонжеронов. К шпангоуту крепления переднего лонжерона крыла крепятся главные стойки шасси и передний узел навески турбореактивного двигателя. Внутренняя обшивка обеспечивает необходимую форму канала прямоточного воздушно-реактивного двигателя, а внешняя принимает на себя нагрузку от изгиба и скручивания фюзеляжа. Над воздухозаборником, по обеим сторонам фюзеляжа, расположены два профилированных аэродинамических гребня, ограничивающих перетекание пограничного слоя с фюзеляжа на крыло. В самолете «Гриффон» I задняя часть фюзеляжа выполнена с большим сужением. Под его фюзеляжем имелись две аэродинамические направляющие, которые по причине большого угла развала во многих источниках ошибочно назывались дополнительным горизонтальным оперением. Исследования показали, что в области околозвуковых скоростей полета в этой части фюзеляжа происходит резкий отрыв потока, что вызывает боковую качку самолета, которой направляющие не противодействуют. Поэтому в самолете «Гриффон» II от них отказались, а обводы хвостовой части фюзеляжа выполнены более плавными.

Рис. 2.49. Проекции истребителей-перехватчиков «Гриффон» I и «Гриффон» II.

Вертикальное оперение-классическое, с рулем направления, без массовой балансировки и аэродинамической компенсации. Конструкция киля-двухлонжеронная, а руля – многослойная. В самолете «Гриффон» I концевые обтекатели оперения использованы как контейнеры для двух тормозных парашютов. В самолете «Гриффон» II предусмотрен один парашют (в контейнере, расположенном непосредственно под рулем), а в концевых обтекателях оперения размещены антенны радиостанции.

Двигательная установка. На первом опытном экземпляре самолета («Гриффон» I) установлен турбореактивный двигатель «Атар» 101F фирмы SNECMA тягой 37,26 кН (3800 кГ) при форсировании, расположенный внутри воздушного канала диаметром 1,37 м. Двигательная установка самолета «Гриффон» II представляет собой комбинацию турбореактивного и прямоточного воздушно-реактивного двигателей общей массой 1700 кг (ТРД с кожухом и системой топливоподачи 1100 кг, ПВРД с необходимым оборудованием 517 кг; внутренняя обшивка фюзеляжа, представляющая собой кожух ПВРД, 73 кг). Турбореактивный двигатель «Атар» 101 Е-3 тягой 34,32 кН (3500 кГ), без форсажной камеры, расположен соосно с прямоточным воздушно- реактивным двигателем в специальном кожухе, приспособленном для работы внутри ПВРД, и оканчивается выпускной трубой, которая вместе с соплом образует выхлопную часть прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Во время полета с М ~ 2 тяга ПВРД составляет около 80% тяги всей двигательной установки, т.е. 41,19 кН (4200 кГ) на высоте 15000 м и 24,52 кН (2500 кГ) на высоте 18000 м. Совместный воздухозаборник не регулируется.

Летно-технические данные «Гриффон» I II

Размах крыла, м 8,10 8,12

Длина, м 14,54 15,72

Высота, м 5,0 4,7

Площадь несущей поверхности, м2 32,0 32,0

Нормальная взлетная масса, кг 6745 6900

Номинальная удельная нагрузка на крыло, кг/м2 211 216

Номинальное отношение массы самолета к форсажной тяге 1* , кг/даН 1,80 2,00

Максимальное число Маха 2,10 2,19

Максимальная скорость на высоте 15 250 м, км/ч … 2336

Минимальная скорость, км/ч … 250

Взлетная/посадочная скорость, км/ч 241/278

Вертикальная скорость, м/с … 100

Время подъема на высоту 15000 м 4 мин 58 с

Длина разбега, м … 1000

Длина пробега, м … 600

1* Только ТРД.

«Тандерчиф» F-105 фирмы «Рииаблик»-одноместный истребитель- бомбардировщик-США, 1955 г.

История создания. В начале 50-х годов Министерство обороны США сочло необходимым иметь на вооружении авиации более крупные и более тяжелые самолеты-истребители, способные нести ядерное оружие и осуществлять полеты на малых высотах. В 1951 г. фирма «Рипаблик» по собственной инициативе приступила к разработке проекта такого самолета. Первый контракт на разработку самолета, предназначаемого для выполнения разнообразных заданий, был подписан только в 1954 г., когда создание двух опытных образцов YF-105A значительно продвинулось вперед. Облет первого образца был проведен 22.10.1955 г., а поставки в воинские подразделения начались в мае 1958 г. В общей сложности в 1957-1964 гг. было построено 833 самолета следующих модификаций:

– одноместный для выполнения заданий в любых атмосферных условиях дня и ночи независимо от высоты F-105B (75 самолетов, испытание первого 24.05.1956 г.) и F-105D (610 самолетов, 9.06.1959 г.);

– двухместный F-105F (143 самолета, испытание 11.06.1963 г.) и F-105G [переоборудование 48 самолетов F-105F в рамках программы «Уайлд Визел» («Дикая ласка»); самолет с оператором электронной аппаратуры, предназначаемый для уничтожения радиолокационных станций; 7.08.1967 г.];

– разведчик RF-105B (3 экземпляра с первоначальным обозначением JF-105B).

В общей сложности в течение первых 6 лет разработки самолета было затрачено свыше 5000000 конструкторских человеко-часов.

Самолет модификации F-105D поставлялся на экспорт по цене 1600 000 долл. Самолеты F-105 были приняты на вооружение после снятия F-100 и частично сняты после принятия на вооружение самолетов F-111.

Рис. 2.50. Истребитель-бомбардировщик «Тандерчиф» F-105B.

Описание самолета. «Тандерчиф» представляет собой построенный по классической схеме сред- неплан со стреловидным крылом, оснащенным носовыми щитками, интерцепторами, элеронами и закрылками. Небольшого удлинения крыло (3,18) с углом стреловидности 45°, определяемой по линии фокусов, изготовлено с применением профилей относительной толщины 5,5% в корневом и 3,7% в концевом сечениях. В околофюзеляжных частях расположены ниши уборки главных стоек шасси (полностью убираемых в крыло вдоль размаха в сторону фюзеляжа) и крыльевые воздухозаборники двигателя. Последние (с пропускной способностью 28 000 м 3 /мин) обладают скошенными, за остренными кромками, вызывающими «расщепление» скачков уплотнения на систему скачков меньшей интенсивности, что существенно уменьшает их вредное влияние на характер обтекания задней части фюзеляжа и оперения. Спрофилированные таким образом воздухозаборники не только увеличивают тягу двигателя, но и повышают устойчивость самолета в сверхзвуковом полете.

Технологически разделенный на три части фюзеляж был разработан с учетом правила площадей (начиная с модификации В). В передней части (до силового шпангоута крепления переднего лонжерона крыла) находятся: отсек оборудования, ниша уборки передней стойки шасси, кабина экипажа с фонарем, открываемым вверх и назад, и топливный бак. В центральной части расположены двигатель с воздушным каналом и остальные топливные баки. Хвостовая часть (от силового шпангоута крепления лонжерона киля) крепится к центральной с помощью четырех болтов и образует цельную конструкцию с килем и горизонтальным оперением. В этой части также располагаются контейнер тормозного парашюта и четырехсекционные тормозные щитки, образующие окончание фюзеляжа и одновременно выполняющие роль выходного сопла двигателя. В зависимости от режима полета могут отклоняться две или четыре секции щитков. Во время посадки отклоняются только боковые щитки, так как верхняя плоскость находится за контейнером тормозного парашюта, а отклонение нижней секции вызывало бы уменьшение угла атаки.

Управление самолетом осуществляется с помощью элеронов, пятисекционных интерцепторов, управляемого стабилизатора и руля направления. При полете на малых скоростях поперечное управление обеспечивают элероны, которые при переходе на большие скорости блокируются в нейтральном положении. На этом режиме полета необходимая управляемость обеспечивается расположенными на верхних поверхностях крыла (перед передними кромками закрылков) интерцепторами. У выдвижных двухсекционных щелевых закрылков при отклонении вниз задняя часть может отклоняться вверх, что облегчает подвешивание на наружных замках длинных грузов большого диаметра. Плоскости стабилизатора спарены механически (с помощью поперечной балки, выполненной в виде полукольца, охватывающего снизу форсажную камеру). В целях увеличения вертикальной стабилизации используется подфюзеляжный киль.

Рис. 2.51. Проекции истребителя-бомбардировщика «Тандерчиф» F-105.

Планер самолета F-105 рассчитан на эксплуатационные перегрузки 8,67 и предельные 13.

Дви гательная установка. На самолете применена однодвигательная силовая установка с двумя крыльевыми воздухозаборниками (не встречающейся у других самолетов формы) с регулируемым при помощи гидропривода входным сечением. Четыре тормозных щитка, образующих выходное регулируемое сопло двигателя, подвергаются интенсивному нагреву. В связи с этим они изготавливаются из сплава титана, а их внутренняя поверхность, температура которой при работе двигателя достигает 315-540°С, имеет листовое покрытие из жаропрочной стали. Эти листы крепятся только вдоль одной кромки щитка (для компенсации теплового расширения); щитки складываются с нахлесткой 75-100 мм.

На серийных самолетах устанавливаются турбореактивные двигатели фирмы «Пратт- Уитни» серии 75: J75-P-3/5/10 тягой 66,69 кН (6800 кГ) и 93,16 кН (9500 кГ) соответственно без форсирования и с форсированием (самолет F-105B) и J75-P-10/19W тягой 76,49 кН (7800 кГ) без форсирования и 117,97 кН (12030 кГ) с форсированием и впрыскиванием воды (самолеты F-105D и F). Мягкие топливные баки общей емкостью 2915 л расположены только в верхней части фюзеляжа (над воздушным каналом и двигателем). Емкость топливной системы может быть увеличена на 1477 л при размещении дополнительного бака в бомбоотсеке и на 6250 л при наружной подвеске трех дополнительных баков (2840 + 2 ? ? 1705 л). Самолет имеет оборудование для дозаправки в полете, включающее специальные телескопические штанги или гибкие шланги. Топливоприемник расположен вблизи кабины пилота с левой стороны. Самолет может и сам выполнять функцию заправщика.

Вооружение. Самолет F-105 способен оказывать поддержку войскам на поле боя и вести бомбардировку в глубине оперативного (и даже стратегического) пространства. В связи с этим он может иметь различные варианты вооружения. На пяти наружных подвесках самолет может нести вооружение максимальной массой 5400 кг (F-105B) или 7800 кг (F-105D), в частности 16 бомб (по схеме 1+4 + 6 + 4-1-1) массой от 112 до 340 кг. В бомбоотсеке, размещенном в фюзеляже для уменьшения аэродинамического сопротивления самолета и маскировки вида бомбы, можно транспортировать ядерную бомбу или дополнительный топливный бак. Самолет снабжен одной шестиствольной пушкой «Вулкан» (калибр 20 мм) с запасом снарядов 1020 шт. Пушка расположена по центру в передней нижней части фюзеляжа.

Летно-технические данные

«Дракен» 35 фирмы «SAAB-Скания» – многоцелевой одноместный истребитель-Швеция, 1955 г.

Рис. 2.52. Многоцелевой истребитель «Дракен» с выпущенной задней стойкой шасси (а) и снятым носовым обтекателем (б).

История создания. К проектированию самолета фирма приступила в 1949 г. Кроме обычных испытаний в аэродинамической трубе, были проведены летные испытания модели опытного самолета «Дракен» 210, выполненной в масштабе 1 : 2 Модельный самолет (длина 9,10 м, размах крыла 4,88 м, двигатель-«Эддер» фирмы «Армстронг-Сиддли» тягой 4,66 кН), снабженный контрольно-измерительным оборудованием, предназначался преимущественно для проверки свойств треугольного крыла (с переменной стреловидностью передней кромки) при полете на малых скоростях. Строительство модельного самолета было начато в мае 1950 г., а первый полет проведен 21.05.1952 г.

Конструкторские работы по созданию полномасштабного самолета «Дракен» 35 были начаты еще в 1951 г., а официальный заказ на три опытных образца, три предсерийных самолета и комплектную переднюю часть фюзеляжа, предназначаемую для двухместной учебно-бое- вой модификации, фирма получила в сентябре 1953 г. Первый опытный экземпляр был испытан 25 октября 1955 г., второй-в марте, а третий-в июне 1956 г.; в одном из последующих полетов самолет достиг сверхзвуковой скорости без использования форсажной камеры. На опытных самолетах при форсировании двигателя была достигнута скорость 1480 км/ч на высоте 11000 м, что соответствует М = 1,4. Летные испытания первого предсерийного самолета J35A, оснащенного более мощным двигателем, были проведены 15.02.1958 г. При этом скорость полета на высоте 11000 м составила 1910 км/ч (М = 1,8).

В общей сложности в 1958-1970 гг. было выпущено свыше 600 самолетов, стоимость каждого из которых оценивалась в 1964 г. в 1,2 млн. долл. Кроме авиации Швеции, самолет «Дракен» находился на вооружении ВВС Дании и Финляндии. Были разработаны и построены следующие модификации самолета:

– истребитель-перехватчик J35A, J35B (облет первого 29.11.1959 г.), J35D (27.12.1960 г.), J35F и S35XS (12 самолетов для Финляндии);

– многоцелевой истребитель 35XD (20 самолетов для Дании, где они получили новое обозначение F-35; облет 29.01.1970 г.);

– разведчик S35E (27.06.1963 г.) и RF-35 (20 самолетов для Дании, разработанных на основе 35XD);

– учебно-боевой SK35C (30.12.1959 г.) и TF-35 (6 самолетов для Дании, разработанных на основе 5XD).

Описание самолета. «Дракен» 35 фирмы SAAB представляет собой среднеплан, построенный по схеме «бесхвостка» с треугольным крылом переменной стреловидности по передней кромке и удлинением 1,77. Угол стреловидности передней кромки в околофюзеляжных частях крыла составляет 80°, а в концевых 57°. Профиль крыла-постоянный по всему размаху, относительной толщины 5%. Использование переменной стреловидности позволило при малой относительной толщине профиля получить большую строительную высоту крыла в корневом сечении и разместить в прифюзеляжных частях воздушные каналы воздухозаборников, топливные баки, ниши шасси и некоторые элементы оснастки. Прифюзеляжные части крыла выполнены зацело с фюзеляжем. В хвостовой части каждой плоскости крыла расположены двухсекционные элевоны с тупой задней кромкой. Управление элевонами осуществляется с помощью необратимых гидроусилителей. Для имитации усилий на ручке управления и педалях использованы загрузочные устройства с автоматической регулировкой в зависимости от скорости полета. В отличие от других самолетов «Дракен» имеет аэродинамические направляющие (по три на каждом полукрыле, длиной около 30% хорды), размещенные на нижних поверхностях крыла. Таким образом, в самолете «Дракен» исполнительная часть системы управления имеет только два подвижных узла (элевоны и руль направления), тогда как самолеты классической системы имеют шесть таких узлов (руль высоты или управляемый стабилизатор, руль направления, элероны и интерцепторы, закрылки, носовые щитки или предкрылки).

Рис. 2.53. Проекции многоцелевого истребителя «Дракен» J-35.

Передняя и задняя части фюзеляжа, выполненные в виде легкоразъемных узлов, крепятся к центральной части с помощью болтов. Форма фюзеляжа выбиралась без строгого следования правилу площадей, однако общая компоновочная схема самолета приближенно соответствует этому правилу. В передней части фюзеляжа находится кабина пилота с катапультируемым сиденьем (начиная с модификации J35D в самолете используются кресла класса 0-0), поисковый радиолокатор, радиолокационный прицел, передняя стойка шасси и топливный бак. В хвостовой части находятся двигатель с форсажной камерой и мягкие топливные баки. Начиная с модификации В, в самолете применены дополнительные убираемые двухколесные задние стойки шасси (вместо хвостовой пяты), обеспечивающие более эффективное аэродинамическое торможение во время пробега и облегчающие посадку с оптимальным углом атаки. Была реконструирована и удлинена хвостовая часть фюзеляжа (начиная с модификации D, в связи с использованием усовершенствованной форсажной камеры), благодаря чему уменьшилось сопротивление самолета при полетах со сверхзвуковой скоростью. Вертикальное оперение – классическое, стреловидное, с рулем направления. Киль соединен с кабиной пилота профилированной надстройкой, в которой размещены элементы системы управления, трубопроводы и т.п. Шасси-трехстоечное, нормальной схемы. Необычной является конструкция главных стоек шасси, которые во время убирания уменьшают свою длину (вплоть до полного сжатия амортизаторов-в этом состоянии избыточная нагрузка не действует, так как излишек жидкости отводится в находящийся над стойками бак) в целях уменьшения необходимого объема ниши в крыле. Передняя стойка шасси убирается вперед в фюзеляж, главные-в консоли крыла вдоль размаха в направлении от фюзеляжа.

Двигательная установка. Опытные самолеты оснащались турбореактивными двигателями «Эвон» 200 RB146 фирмы «Роллс-Ройс» тягой 50,01 кН (5100 кГ) без форсирования и 64,72 кН (6600 кГ) с форсированием. На предсерийных и серийных самолетах модификаций А-С устанавливались двигатели RM6B (изготавливаемые по лицензии на предприятиях «Свенска флюг- мотор») с форсажной тягой 69,62 кН (7100 кГ), а на самолетах остальных модификаций-двигатели RM6C (RB.146 «Эвон»300) тягой 56,88 кН (5800 кГ) без форсирования и 78,45 кН (8000 кГ) с форсированием. Центральный воздухозаборник, использованный в первой модификации опытного самолета, впоследствии был заменен на боковые. Было установлено, что при полете со сверхзвуковыми скоростями воздухозаборник работает эффективно, если он выдвинут по возможности вперед относительно миделева сечения, где воздушный поток испытывает ускорение. Воздухозаборники-нерегулируемые, значительно удаленные от стенки фюзеляжа (в целях слива пограничного слоя). Топливная система самолета состоит из обычных фюзеляжных баков (жестких-передних и мягких – задних) и крыльевых кессон-баков общей емкостью 4000 л. Так как размещение топлива существенно влияет на положение центра тяжести, то его расход регулируется электронно-механической дозирующей системой. В первой половине полета центр тяжести постепенно перемещается назад, что облегчает выполнение боевых маневров; во второй же половине полета он перемещается вперед таким образом, что при посадке занимает примерно такое же положение, как и при взлете. На подвесках самолет может нести топливные баки общей емкостью 5000 л.

Вооружение. Стационарное вооружение самолета состоит из двух пушек «Эйден» (калибр 30 мм), размещенных в около фюзеляжных частях крыла. Кроме того, на 3 подфюзеляжных и 6 подкрыльных замках могут быть подвешены ракеты «Сайдуиндер» и контейнеры «Ма- тра» со снарядами «Бофор», бомбы и топливные баки общей массой 4480 кг.

Летно-технические данные J35D

Размах крыла, м 9,40

Длина, м 15,35

Высота, м 3,89

Площадь несущей поверхности, м2 49,20

Масса пустого самолета, кг 7300

Взлетная масса (ном./макс.), кг 11400/16000

Номинальная посадочная масса, кг 8800

Грузоподъемность, кг 4480

Емкость топливных баков (внутр./внешн.), л 4000/5000

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 232/325

Удельная нагрузка на крыло при посадке, кг/м2 179

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,45/2,04

Максимальное число Маха 2,0

Максимальная скорость, км/ч 2100

Максимальная скорость у земли, км/ч 1100

Крейсерская скорость на высоте 12200 м, ? 0,9

Посадочная скорость, км/ч 215

Вертикальная скорость, м/с 200

Время подъема на высоту 15 000 м, мин 5

Практический потолок, м 18000

Максимальная дальность, км 1450

Радиус действия, км 635

Длина разбега, м 650

Взлетная дистанция (масса ном./макс.), м 960/1550

Длина пробега, м 530

МиГ-21-многоцелевой одноместный истребитель конструкции А. И. Микояна-СССР, 1955 г.

История создания. К работам по созданию самолета приступили в начале 50-х годов, исходя из условия, что преемник самолета МиГ-19 должен превосходить его по скорости, потолку, маневренности, вооружению и в то же время характеризоваться малой взлетной массой, простотой изготовления и обслуживания. С целью выбора формы крыла в плане (стреловидного или треугольного) были изготовлены два соответствующих опытных образца самолета, получивших обозначения Е-2 и Е-4. Оба самолета имели близкие по форме фюзеляжи и двигатель конструкции С. К. Туманского Р-11 с форсажной камерой. Опытный образец Е-2А со стреловидным крылом (угол стреловидности по передней кромке 57°) тонкого профиля был облетан 14.02.1954 г. Максимальная скорость, достигнутая при испытаниях, составляла 1900 км/ч. При небольшой полетной массе (6250 кг) самолет имел дальность полета до 2000 км. В процессе испытаний опытного образца Е-4 с треугольным крылом той же стреловидности был выявлен кормовой эффект (нежелательное засасывание воздуха в пространство между выхлопным соплом двигателя и хвостовой обечайкой фюзеляжа), вследствие чего самолет не достигал расчетной скорости. В 1956 г. был построен усовершенствованный опытный образец самолета с треугольным крылом (и тем же двигателем), получивший обозначение Е-5. Максимальная скорость и потолок, достигнутые на этом самолете, составляли соответственно 2000 км/ч и 18 000 м. 24.08.1956 г. самолеты Е-2А и Е-5 были продемонстрированы на воздушном параде в Тушино.

Самолет Е-2А послужил базой для создания опытного самолета Е-50 с комбинированной силовой установкой, состоящей из ТРД и жидкостного ракетного двигателя. В одном из полетов на этом самолете были достигнуты скорость 2460 км/ч и потолок 25 600 м. Взлетная масса самолета составляла 8500 кг, а время подъема на высоту 20000 м не превышало 9,5 мин. Однако из-за установки ЖРД и топливных баков для него запас топлива для ТРД пришлось уменьшить, вследствие чего радиус действия самолета сократился до 450 км, что было признано неудовлетворительным.

Сравнение характеристик самолетов Е-2 и Е-4 оказалось в пользу самолета с треугольным крылом. В 1958 г. был построен и облетан опытный истребитель Е-6 с треугольным крылом тонкого профиля, который и стал прототипом МиГ-21. Испытания самолета продемонстрировали его высокие летные характеристики (в дополнение к некоторым техническим усовершенствованиям на Е-6 был установлен более мощный двигатель Р-11Ф-300), однако вскоре одно из летных испытаний закончилось аварией, которая повлекла за собой переделку отдельных узлов самолета. Причинами ее были помпаж воздухозаборника, перегрев топливной системы двигателя и высокая инерционность аварийной электрической системы управления. При доводке самолета была разработана автоматическая система плавного регулирования воздухозаборника в зависимости от скорости и высоты полета (до этого применялся трехрежимный воздухозаборник с устройством его переключения в зависимости от скорости полета-дозвуковой, околозвуковой и сверхзвуковой), аварийная электрическая система управления была заменена гидравлической, а топливная система модернизирована.

Рис. 2.54. Учебно-боевой истребитель МиГ-21У.

В 1959 г. МиГ-21 запущен в серийное производство и принят на вооружение. В опытных модификациях (под обозначениями Е-33, Е-66, Е-76) самолет стал обладателем 17 мировых рекордов (женских и мужских) по скорости и высоте полета. Благодаря совершенной конструкции, высоким летно-техническим показателям, способности выполнять разнородные задания самолет был принят на вооружении стран Варшавского договора, а также Вьетнама и Кубы.

Серийные самолеты выпускались в основном как перехватчики и истребители для обеспечения превосходства в воздухе, однако способность самолета нести разнообразное вооружение, а также последующее усовершенствование планера, силовой установки и оборудования позволили использовать его для непосредственной поддержки войск и тактической разведки.

Известны следующие модификации самолета: первые серийные самолеты МиГ-21 Ф, многоцелевые МиГ-21 М, перехватчики МиГ-21 П, самолеты тактической разведки МиГ-21Р, учебно-тренировочные МиГ-21У и учебно-тренировочные истребители МиГ-21У- ТИ, экспортные варианты самолета. На базе МиГ-21 был построен экспериментальный самолет-аналог Ту-144 1*

МиГ-21 создавался в период разработки и запуска в производство американского самолета «Старфайтер» F-104 и французского «Мираж» III. Все три самолета являлись машинами одного поколения, предназначенными для решения сходных задач.

Сравнение этих самолетов по результатам их применения в американо-вьетнамской и арабо-израильской войнах было проведено авиационными и военными специалистами различных стран. Французский журнал «Авиасьон магазин» указывал, что МиГ-21 превосходит самолеты «Мираж» и «Старфайтер» по тяговооруженности и маневренности. Он обладает лучшими разгонными характеристиками на дозвуковых скоростях, меньшим радиусом виража и на соответствующих режимах одерживал верх, хотя и имел меньшую максимальную скорость. Высокую оценку самолету в газете «Нью-Йорк тайме» дал главный конструктор фирмы «Грумман» М. Пелехак, а бригадный генерал ВВС США Р. Олдз, высказываясь по поводу МиГ-21, отметил, что хотел бы видеть на вооружении США такие же быстрые и маневренные самолеты.

1* Более подробно с историей создания МиГ-21 советский читатель может ознакомиться по книге М. Арлавзорова «Артем Микоян»-М.: Молодая гвардия, 1979-Прим. ред.

Рис. 2.55. Многоцелевой истребитель МиГ-21 польских ВВС.

Описание самолета. МиГ-21 представляет собой свободнонесущий моноплан, имеющий треугольное среднерасположенное крыло малого удлинения со срезанными торцевыми частями, стреловидностью по передней кромке 57° и относительной толщиной профиля 4%. Крыло оснащено элеронами и простыми закрылками, расположенными вдоль прямолинейной задней кромки крыла. В некоторых модификациях самолета использована система сдува пограничного слоя с закрылков, улучшающая взлетно- посадочные характеристики. Крыло самолета выполнено по однолонжеронной схеме с дополнительным подкосом и крепится с нулевым поперечным V к силовым шпангоутам фюзеляжа. На верхней поверхности каждой консоли приблизительно на 1/4 размаха от концевого сечения установлен аэродинамический гребень. Крыло не имеет аэродинамической или конической крутки.

Фюзеляж круглого сечения, выполненный в соответствии с правилом площадей, существенно видоизменялся (главным образом за счет формы и размеров надфюзеляжного гаргрота) в процессе совершенствования самолета. Изменению был подвергнут и фонарь кабины пилота. В первых модификациях он открывался вперед-вверх и во время катапультирования отделялся вместе с сиденьем, предохраняя пилота от воздействия набегающего потока. В последующих модификациях, после установки катапультируемого сиденья класса 0-0, фонарь стал открываться в сторону (вправо). На фюзеляже имеются три тормозных щитка (в хвостовой части), узлы крепления стартовых ускорителей и замок внешней подвески (на нижней поверхности центральной части). Для быстрой замены двигателя хвостовая часть фюзеляжа вместе с оперением выполнена отъемной.

Рис. 2.56. Проекции самолетов Е-2 (однодвига- тельиая модификация) и Е-50 (с комбинированной двигательной установкой) конструкции А. И. Микояна.

Рис. 2.57. Проекции различных модификаций многоцелевого истребителя МиГ-21.

Рис. 2.58. Модификация самолета МиГ-21 с дополнительным подъемным двигателем (во время демонстрационного полета в 1967 г.).

Стреловидное хвостовое оперение состоит из киля (угол стреловидности по передней кромке 60°) с рулем направления и управляемого стабилизатора (стреловидность 55°). Киль выполнен по двухлонжеронной схеме, а плоскости стабилизатора-по однолонжеронной с дополнительными стенками и подвижной относительно фюзеляжа осью вращения. Для улучшения путевой устойчивости в хвостовой части фюзеляжа установлен подфюзеляжный киль. Под рулем направления смонтирован контейнер тормозного парашюта.

Конструкция фюзеляжа полумонококовая. В носовой части расположены воздухозаборник, воздушный канал, кабина пилота, приборные отсеки. В центральной части находятся топливные баки, ниши уборки шасси, отсек оборудования, отсек вооружения, двигательный отсек и узлы крепления крыла.

На самолете применено трехстоечное шасси с одинарными колесами. Главные стойки убираются в консоли крыла и фюзеляж (колеса), передняя – вперед в фюзеляж.

Двигательная установка. Самолет оснащен турбореактивным двигателем Р-11Ф-300 конструкции С. К. Туманского. На серийных самолетах модификации Ф-13 устанавливался двигатель с форсажной камерой. Внутренняя топливная система, состоящая из фюзеляжных баков, может быть дополнена подфюзеляжным баком, сбрасываемым после опорожнения. На самолете применен лобовой регулируемый воздухозаборник с подвижным конусом, снабженным щелями для отвода пограничного слоя. Конструкция конуса обеспечивает размещение в нем антенны РЛС для обзора и сопровождения целей.

Вооружение. Стационарным вооружением самолета модификации Ф-13 являются две пушки калибра 30 мм, размещаемые в нижней центральной части фюзеляжа.

В зависимости от модификации самолет может нести на подкрыльных пилонах 2-4 подвески, включая ракеты классов воздух – воздух, воздух – земля, контейнеры НУ PC и бомбы.

Летно-технические данные МиГ-21 Ф-13

Размах крыла, м 7,15

Длина, м 15,76

Высота, м 4,10

Площадь несущей поверхности, м2 23,0

Номинальная взлетная масса, кг 7570

Номинальная удельная нагрузка на крыло, кг/м2 329

Максимальное число Маха 2,1

Максимальная скорость на высоте 12500 м, км/ч 2125

Практический потолок, м 19000

Дальность, км 1580

Продолжительность полета, ч 2

Посадочная скорость, км/ч 270

Длина пробега, м 420

Су-7- одноместный истребитель конструкции П. О. Сухого-СССР, 1955 г.

История создания. В 1940-1949 гг. в конструкторском бюро под руководством П. О. Сухого были разработаны самолеты, обозначавшиеся последовательными числами (от Су-1 до Су-17), в том числе Су-15, достигший при испытаниях скорости 1032 км/ч. В 1953 г., приступив к работам над новой серией самолетов, конструкторское бюро опять приняло для них нумерацию с самого начала. Первым серийным самолетом новой нумерации стал сверхзвуковой Су-7, предназначенный для выполнения задач, свойственных истребителям, штурмовикам и бомбардировщикам.

Работы над самолетом начались в 1953 г. В 1953-1954 гг. был разработан опытный истребитель, который впервые в практике советского сверхзвукового самолетостроения был оборудован регулируемым воздухозаборником и цельноповоротным горизонтальным оперением (управляемым стабилизатором). В одном из испытательных полетов этот самолет достиг скорости 2170 км/ч. Обнадеживающие результаты летных испытаний позволили приступить к строительству опытного образца самолета Су-7, испытания которого начались в 1955 г. В 1956 г. самолет был продемонстрирован на аэродроме в Тушино. С 1958 г. Су-7 запущен в серийное производство, причем модификация Су-7Б была принята на вооружение многих стран, включая государства Варшавского договора.

В процессе эксплуатации самолет неоднократно подвергался модернизации. Изменения касались конструкции планера, двигательной установки, вооружения и бортового оборудования. На базе Су-7Б был разработан истребитель- бомбардировщик с изменяемой геометрией крыла (в 1967 г. этот самолет был показан на воздушном параде в Домодедово).

Описание самолета. Су-7 построен по классической схеме со стреловидным среднерасполо- женным крылом. Ламинарный профиль крыла имеет относительную толщину около 5%. Угол стреловидности крыла по линии фокусов составляет 60°, сужение равно 3. Задняя кромка стреловидная со спрямленным участком в корневых частях. Механизация крыла состоит из выдвижных однощелевых закрылков (типа ЦАГИ), расположенных в околофюзеляжных и центральных частях каждой консоли. Поперечное управление самолетом осуществляется с помощью элеронов с весовой балансировкой и осевой аэродинамической компенсацией. Каждая консоль оборудована двумя аэродинамическими гребнями, огибающими переднюю кромку и располагающимися как на верхней, так и на нижней поверхности крыла. Крыло выполнено по двухлонжеронной схеме и крепится к кольцевым силовым шпангоутам фюзеляжа с помощью вильчатых стыковых узлов.

Фюзеляж самолета круглого сечения слегка расширяется в хвостовой части, что связано с применением мощного двигателя большого диаметра. Замена двигателя осуществляется путем отъема хвостовой части фюзеляжа вместе с хвостовым оперением. В носовой части фюзеляжа расположены кабина пилота, приборный отсек и ниша уборки передней стойки шасси. Кабина пилота оборудована катапультируемым сиденьем класса 0-0 и снабжена выступающим за обводы фюзеляжа, сдвигаемым назад фонарем характерной каплевидной формы. В центральной части фюзеляжа располагаются топливные баки, отсеки оборудования, воздушные каналы, двигательный отсек. На нижней поверхности центральной части фюзеляжа расположены два узла внешних подвесок, предназначенные для крепления подвесных топливных баков или боевой нагрузки.

Рис. 2.59. Различные модификации истребителя-бомбардировщика Су-7. а-Су-7БМ; б-Су-7У; в-Су-7ИГ.

Рис. 2.60. Проекции истребителя-бомбардировщика Су-7Б.

Хвостовое оперение самолета-стреловидное, нормальной схемы, с относительной толщиной профиля 6%. Угол стреловидности плоскостей оперения 55°. В хвостовой части киля, под рулем направления, расположен контейнер тормозного парашюта. Управление по тангажу осуществляется с помощью управляемого стабилизатора. Для привода всех рулей, а также закрылков и четырех тормозных щитков, расположенных в хвостовой части фюзеляжа перед горизонтальным оперением, используются необратимые гидроусилители. В каналах тангажа, крена и рыскания предусмотрены автоматы загрузки рычагов управления в зависимости от угла отклонения, скорости и высоты полета. Кроме того, в канале тангажа имеется дифференциал, изменяющий передаточное отношение от ручки управления к рулям примерно в 4 раза, а в канале рыскания – автомат демпфирования, обеспечивающий отклонение руля направления пропорционально угловой скорости рыскания. Принятая кинематическая схема обеспечивает эффективное управление самолетом, особенно при полете на малых высотах.

Шасси самолета-трехстоечное, с одинарными колесами. Передняя стойка убирается вперед в фюзеляж, главные-в крыло по направлению к фюзеляжу. В некоторых модификациях используются лыжи, позволяющие эксплуатировать самолет с травяных и заснеженных аэродромов.

Двигательная установка. На самолете применен турбореактивный двигатель АЛ-7Ф-1 конструкции А. Люлька. Кроме того, допускается установка твердотопливного ракетного ускорителя. Воздухозаборник лобового типа, регулируемый, с центральным телом, выполненным в виде подвижного конуса, конструкция которого обеспечивает размещение в нем антенны РЛС.

Вооружение. Стационарное вооружение самолета состоит из двух пушек НР-30 (калибр 30 мм), размещенных в корневых частях крыла. На четырех подкрыльных пилонах и двух подфюзеляжных замках самолет может нести разнообразную нагрузку, включая бомбы, ракеты классов воздух-воздух и воздух-земля, блоки НУРС.

JIa-250- двухместный дальний барражирующий перехватчик конструкции С. А. Лавочкина-СССР, 1956 г.

Рис. 2.61. Истребитель-перехватчик JIa-250.

История создания. Предшественником самолета JIa-250 следует считать, по всей вероятности, сверхзвуковой истребитель-перехватчик JIa-190, снабженный турбореактивным двигателем AJ1-5 конструкции А. М. Люлька. Испытания самолета, закончившиеся в 1951 г., с одной стороны, показали перспективность применения некоторых новых технических решений (большого для того времени угла стреловидности крыла, равного 55°, новой схемы шасси и т.д.), однако, с другой стороны, вскрыли ряд недостатков (одним из которых являлась недоработка двигателя и связанная с ней недостаточная скорость полета 1190 км/ч), вследствие чего самолет Ла-190 не был запущен в серийное производство.

Дальнейшее развитие концепция сверхзвукового перехватчика получила в рамках проекта нового самолета-дальнего перехватчика Ла-250. В соответствии с тактико-техническими требованиями самолет должен был осуществлять барражирующие полеты на значительном удалении от места базирования или охраняемого объекта.

Работы по проектированию и созданию опытного образца были закончены в 1955 г. В этом же году состоялся первый вылет. Разработанная машина имела для своего времени внушительные размеры и полетную массу. Кроме того, с самого начала истребитель проектировался для использования только ракетного вооружения, что само по себе являлось новаторским решением (первые советские сверхзвуковые самолеты МиГ-19, МиГ-21, Су-7 имели смешанное пушечно-ракетное вооружение). Таким же решением можно считать применение полукруглых боковых сверхзвуковых воздухозаборников. Самолет был оборудован автоматизированной системой управления огнем, позволяющей производить пуск ракет по целям, находящимся на большом расстоянии вне зоны визуального наблюдения. Предполагалось также оборудовать самолет системой автоматического наведения на цель, включающейся в работу сразу же после взлета.

При проведении испытаний самолета в 1956 г. в одном из полетов возникла раскачка. Полет был прерван, и самолет совершил вынужденную посадку, повредив шасси, крыло и фюзеляж. Для устранения эффекта раскачки потребовалось доработать бортовую аппаратуру. Впоследствии были построены еще 3 опытных образца. Однако доводка самолета затянулась, и было принято решение о прекращении работ над ним.

Описание самолета. Ла-250 представляет собой среднеплан классической схемы с треугольным крылом и треугольным горизонтальным оперением. Крыло самолета с углом стреловидности по передней кромке 57° и относительной толщиной профиля около 6% выполнено по многолонжеронной схеме. С целью уменьшения поперечной устойчивости самолета крыло имеет отрицательный угол поперечного V, равный 5°. Передние и задние кромки крыла прямолинейные, причем задняя кромка имеет небольшую положительную стреловидность. Как и у большинства советских сверхзвуковых самолетов первого поколения, крыло Ла-250 не имеет конической или аэродинамической крутки.

Фюзеляж самолета круглого сечения в носовой и эллиптического в центральной и хвостовой частях выполнен в соответствии с правилом площадей. В носовой части, слегка отклоненной вниз для улучшения обзора при взлете и посадке, размещаются РЛС, отсек электрооборудования, кабина экипажа и ниша уборки передней стойки шасси. Благодаря применению боковых воздухозаборников за радиопрозрачным обтекателем в носовой части удалось разместить большого диаметра антенну радиолокационного прицела. Применение такой РЛС обеспечило большую дальность обнаружения цели и высокую разрешающую способность. Кабина экипажа с местами пилота и штурмана-оператора, расположенными друг за другом, оборудована катапультируемыми сиденьями и фонарем, значительно выступающим за обводы фюзеляжа. В средней части фюзеляжа находятся воздушные каналы, топливные баки, узлы крепления консолей крыла и ниши уборки главных стоек шасси. Хвостовая часть вместе с оперением-отъемная, что обеспечивает быстроту и удобство замены двигателей.

Рис. 2.62. Проекции истребителя-перехватчика Ла-250.

Для управления самолетом по тангажу используется управляемый стабилизатор треугольной формы, по крену-элероны, расположенные в концевых частях крыла, а по курсу – руль направления на киле большой площади, имеющем стреловидность по передней кромке 42°. Конструкция киля-двухлонжеронная, а плоскостей стабилизатора – однолонжеронная с подкосной балкой. В хвостовой части фюзеляжа под килем расположен контейнер тормозного парашюта. Для улучшения взлетно-посадочных характеристик крыло самолета имеет закрылки, отклоняемые при взлете на 18°, а при посадке до 43°. На самолете использована гидравлическая система управления с необратимыми бустерами. Для повышения надежности гидросистема задублирована, а каждый гидроусилитель имеет две камеры питания, каждая из которых подключена к своей гидросистеме. Шасси самолета-трехстоечное, нормальной схемы. Передняя стойка со спаренными колесами убирается в фюзеляж назад, а главные стойки с одинарными колесами – вперед. Передняя стойка шасси имеет увеличенную длину, что при разбеге самолета обеспечивает увеличение угла атаки и подъемной силы крыла.

Двигательная установка. На самолете установлены два турбореактивных двигателя АЛ-7Ф конструкции A.M. Люлька. Воздухозаборники- боковые, сверхзвуковые, нерегулируемые с малогабаритными неподвижными полуконусами.

Вооружение. На самолете предполагалось подвешивать под крылом 2-4 ракеты класса воздух – воздух. Пушечного вооружения самолет не имеет.

Летно-технические данные (проектные)

Размах крыла, м 13

Длина, м 22

Высота, м 5,7

Максимальная взлетная масса, ?? 25000

Максимальная скорость, км/ч 2000

Потолок, м 16000

Одноместный истребитель-перехватчик конструкции П. О. Сухого-СССР, 1956 г.

Рис. 2.63. Одноместный истребитель-перехватчик конструкции П. О. Сухого (а) и его двухместная модификация (б).

История создания. Одновременно с созданием самолета Су-7 были развернуты работы над новым истребителем-перехватчиком, и разработка этих машин велась практически параллельно, так что летные испытания нового перехватчика начались всего на год позже (в 1956 г.). В этом же году самолет был публично показан на аэродроме в Тушино.

В отличие от Су-7 новый самолет имел не стреловидное, а треугольное крыло (что позволило несколько улучшить летные характеристики), а также более совершенное электронное и радиолокационное оборудование.

На базе самолета были разработаны усовершенствованные модификации, получившие обозначения Т-431 и Т-405. Эти самолеты оснащались более мощным двигателем и не имели, в отличие от прототипа, носового обтекателя. На рубеже 1950-1960-х годов на самолете Т-431 были установлены мировой рекорд высоты 28 852 м и абсолютный рекорд высоты горизонтального полета 21 700 м, а также мировой рекорд скорости полета 2337 км/ч на 500-км замкнутом маршруте. На самолете Т-405 был установлен мировой рекорд скорости полета 2092 км/ч на 100-км замкнутом маршруте.

В 1959 г. на основе самолета Т-431 было организовано серийное производство нового одноместного истребителя-перехватчика.

В развитие версии самолета в 1957 г. был разработан двухместный истребитель-перехватчик с одним турбореактивным двигателем и боковыми воздухозаборниками. Одной из конструктивных особенностей самолета было размещение в носовой части фюзеляжа батареи из 50 НУРС, стволы пусковых устройств которых закрывались в полете специальными щитками, убирающимися при стрельбе. Отсутствие надежного двигателя требуемой тяги вынудило прекратить дальнейшую разработку самолета, ограничившись его летными испытаниями.

Описание самолета. Одноместный истребитель- перехватчик представляет собой выполненный по классической схеме среднеплан с треугольным крылом тонкого ламинарного профиля и стреловидным хвостовым оперением. Угол стреловидности крыла и оперения по передней кромке равен 57°. Механизация крыла, как и у самолета Су-7, состоит из щелевых закрылков, расположенных в околофюзеляжных частях, и элеронов (на внешних частях крыла). Передние и задние кромки крыла – прямолинейные, без геометрических или щелевых уступов. Крыло не имеет аэродинамической или конической крутки и установлено с нулевым углом поперечного V.

Фюзеляж самолета (полумонококовой конструкции) выполнен в соответствии с правилом площадей. Кабина пилота, расположенная в носовой части, оборудована катапультируемым сиденьем класса 04) и сдвигаемым назад фонарем, аналогичным примененному на Су-7.

Хвостовое оперение самолета состоит из классического вертикального (с рулем направления) и управляемого горизонтального оперения. На киле, под рулем направления, расположен контейнер тормозного парашюта, а перед хвостовым оперением на фюзеляже находятся четырехсекционные тормозные щитки.

На самолете применено обычное трехстоечное шасси с одинарными колесами. Главные стойки убираются в крыло, а передняя – вперед, в фюзеляж. Для привода управляющих поверхностей применяются необратимые гидроусилители.

Двигательная установка. Самолет оснащен турбореактивным двигателем конструкции A.M. Люлька. Воздухозаборник-лобовой, сверхзвуковой, регулируемый с помощью подвижного центрального конуса, в котором расположена антенна РЛС. Внутренние баки топливной системы могут быть дополнены подвесными баками, закрепляемыми под фюзеляжем или консолями крыла. Возможна также установка стартовых пороховых ускорителей, аналогичных используемым на самолете Су-7.

Рис. 2.64. Проекции одноместного истребителя- перехватчика конструкции П. О. Сухого.

S.E.212 «Дюрандаль» объединения «Сюд-Эст»-одноместный истребитель-перехватчик – Франция, 1956 г.

Рис. 2.65. Опытный образец истребителя-перехватчика «Дюрандаль».

История создания. В начале 50-х годов исследованиями поведения треугольного крыла при сверхзвуковых скоростях полета занимались во Франции, кроме предприятий «Нор» (см. самолеты «Жерфо» и «Гриффон»), также фирмы «Сюд-Эст» и «Дассо». Объединение «Сюд-Эст» (Национальное авиационное опытно-конструкторское объединение «Сюд-Эст», в сокращении SNCASE или, чаще, «Сюд-Эст») начало свою деятельность сразу с разработки сверхзвукового самолета. Модель самолета была продемонстрирована на Парижском салоне в 1955 г., а первое испытание опытного образца состоялось 20 июня 1956 г. Несмотря на многолетние испытания двух опытных образцов S.E.212, они так и не пошли в серийное производство (предпочтение получил самолет «Мираж» III). Тем не менее приобретенный опыт разработки и испытания сверхзвуковых самолетов без горизонтального оперения позволил фирме предпринять разработку проекта самолета «Сюпер-Каравелла», предназначаемого для гражданских авиалиний. Этот проект явился отправной точкой для создания сверхзвукового пассажирского самолета «Конкорд».

Описание самолета. «Дюрандаль» относится к классу «модных» в 50-х годах легких сверхзвуковых истребителей-перехватчиков ближнего действия, предназначенных исключительно для охраны промышленных, административных и военных объектов. Из этих соображений особое внимание уделялось обеспечению малой взлетной массы и большой тяги на этапах взлета, подъема и перехвата, что должно было обеспечить самолету высокую скороподъемность и маневренность как у земли, так и на оперативных высотах. Самолет выполнен по схеме «бесхвостка». Крыло – треугольное, с относительной толщиной профиля 5%, углом стреловидности передней кромки 60° и удлинении 1,92. Механизация крыла отсутствует. Система управления состоит из классического вертикального оперения с рулем направления и элевонов. После первых полетов был установлен нетиповой, подфюзеляжный киль, расположенный в передней части фюзеляжа. Он выполняет роль вертикального дестабилизатора и обтекателя антенны. Шасси – трехстоечное, с шириной колеи 2,34 м, полностью убираемое в фюзеляж. Тормозной парашют находится в контейнере, расположенном над выходным соплом двигателя. Фонарь (откидываемый вверх- назад) выполнен исключительно из плоских стеклянных плит. В качестве вооружения используется одна самонаводящаяся ракета.

Дви гательная установка. Силовая установка комбинированного типа состоит из ТРД и ЖРД. В первом варианте самолет имел турбореактивный двигатель «Атар» 101F-2 фирмы SNECMA тягой 33,34 кН (3400 кГ) и ракетный двигатель SEPR 65 тягой 8,09 кН (825 кГ). Позднее двигатель F-2 был заменен на «Атар» 101G-3 тягой 37,26 кН (3800 кГ) без форсирования и 44,13 кН (4500 кГ) с форсированием. Благодаря высокой тяговооруженности «Дюрандаль» стал вторым (после самолета «Три- дан» II) французским самолетом, у которого величина тяги была больше взлетного веса. Турбореактивный двигатель, устанавливаемый в хвостовой части фюзеляжа, имеет центральный воздухозаборник с острой входной кромкой и поперечным сечением эллиптической формы. Ракетный двигатель установлен под соплом ТРД и несколько выступает за очертания фюзеляжа, в связи с чем он защищен специальным обтекателем. Ракетный двигатель конструктивно объединен с турбореактивным двигателем, который, в частности, обеспечивает работу насосов горючего и окислителя. Запаса топлива хватает на 5 мин непрерывной работы ракетного двигателя, используемого во время взлета и подъема (скороподъемность 200 м/с у земли и 140 м/с на высоте ~ 11000 м) или перехвата в полете со сверхзвуковой скоростью. Топливные баки (емкостью 1500 кг) расположены только в фюзеляже.

Разработанная модификация «Дюрандаль» IV с двигателем «Атар» 9 с форсажной тягой 59,43 кН (6060 кГ) так и осталась нереализованной.

Рис. 2.66. Проекции самолета «Дюрандаль» S.E.212.

Летно-технические данные

Размах крыла, м 6,5

Длина, м 11,0

Высота, м 4,0

Площадь несущей поверхности, м2 22,0

Масса пустого самолета, кг 2720

Взлетная масса (ном./макс.), кг 4050/6000

Емкость топливных баков, кг 1500

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 184/273

Отношение массы самолета (ном./ /макс.) к тяге при форсировании и работе ракетного двигателя, кг/даН 0,77/1,15

Максимальная скорость на высоте 12000 м, км/ч 1700

Вертикальная скорость, м/с 200

Практический потолок, м 17000

Взлетная дистанция (при номинальной массе), м 700

«Скайлансер» F5D-1 фирмы «Дуглас»-одноместный палубный истребитель-бомбардировщик-США, 1956 г.

Рис. 2.67. Опытный образец палубного истребителя-бомбардировщика «Скайлансер» F5D-1.

История создания. В 1947 г. конструкторское бюро фирмы «Дуглас эркрафт» под руководством Э. Хайнемана начало разработку истребителя-перехватчика близкого проникновения для военно-морской авиации США. За основу проекта была принята концепция самолета «Мессершмитт» Me-163, построенного по схеме «бесхвостка» со стреловидным крылом и ракетной силовой установкой. В построенном самолете, обозначенном F4D-1 «Скайрэй», была сохранена лишь аэродинамическая схема. При этом значительным изменениям подверглась форма крыла и вертикального оперения. Первый опытный образец XF4D-1, оснащенный турбореактивным двигателем без форсажной камеры J35-A-17 фирмы «Эллисон» тягой 22,26 кН (2270 кГ), был испытан 23.01.1951 г., второй имел двигатель с форсажной камерой XJ40-WE-8 фирмы «Вестингауз» тягой 31,18 кН (3180 кГ) без форсирования и 51,58 кН (5260 кГ) с форсированием. 3.10.1953 г. на втором опытном самолете был установлен мировой рекорд скорости при полете на базе, равняющийся 1211,74 км/ч.

Первоначально считалось, что на серийных самолетах будут устанавливаться усовершенствованные двигатели J40, однако прекращение в 1953 г. работ над этим двигателем вынудило фирму использовать двигатели фирмы «Пратт- Уитни»-сначала J57-P-2 тягой 43,14 кН (4400 кГ) и 60,04 кН (6123 кГ) соответственно без форсирования и с форсированием, а затем J57-P-8B с соответствующими величинами тяги 46,71 кН (4763 кГ) и 64,50 кН (6577 кГ). Первые самолеты с этими двигателями были построены в 1954 г., однако в воинские подразделения они начали поступать лишь с 16.04.1956 г. В общей сложности в 1954-1962 гг. было построено 420 самолетов, которые в сентябре 1962 г. получили новое обозначение F-6A (в рамках упорядочения системы обозначений самолетов США).

После окончания летных испытаний первых серийных самолетов было предпринято их усовершенствование с целью увеличения максимальной скорости. Для этого был применен более совершенный двигатель J57-P-12 и реконструированы передняя и хвостовая части фюзеляжа, а также околофюзеляжные части крыла. Первоначально новая модификация получила обозначение F4D-2, а затем F5D-1, изменилось при этом и название самолета на «Скайлансер». Опытный образец был испытан 21 апреля 1956 г.; всего было изготовлено четыре экземпляра самолета.

Описание самолета. «Скайлансер» представляет собой среднеплан, построенный по схеме «бесхвостка». В целях уменьшения занимаемой площади при нахождении в ангаре авианосца концы крыла складываются вверх. Небольшого удлинения (1,97) и среднего сужения (около 2,32) крыло имеет округленные торцевые части и прямолинейные передние кромки с углом стреловидности 51° и нулевым углом поперечной установки. Задняя кромка консоли крыла выполнена в виде ломаной линии с отрицательным углом стреловидности в корневой части, что обеспечивает увеличение строительной высоты. Крыло оснащено небольшого размаха предкрылками, расположенными в центральных частях консолей, и двухсекционными элевонами с осевой компенсацией. Вертикальное оперение-классическое, с рулем направления и стреловидным килем (угол стреловидности 49° по передней кромке). Шасси – трехстоечное, с одинарными колесами. Главные стойки убираются в околофюзеляжные части крыла вперед против потока. В хвостовой части фюзеляжа использована дополнительная опора с одинарным колесом. Ее назначение сводится к предотвращению повреждения самолета во время посадки или взлета при больших углах атаки. Четырехсекционные тормозные щитки расположены на верхних и нижних поверхностях корневых частей крыла.

Двигательная установка. На самолете использован турбореактивный двигатель фирмы «Пратт- Уитни» с боковыми нерегулируемыми воздухозаборниками и форсажной камерой, развивающий тягу 57,86 кН (5900 кГ) без форсирования. Вооружение. Самолет несет четыре пушки калибра 20 мм, бомбы, контейнеры неуправляемых снарядов и ракеты на шести подкрыльных замках с общей грузоподъемностью 1814 кг. Два центральных замка предназначены для подвешивания дополнительных топливных баков емкостью 567 или 1136 л каждый.

Рис. 2.68. Проекции экспериментального самолета «Скайрэй» F-6A.

Рис. 2.69. Проекции палубного истребителя- бомбардировщика «Скайлансер» F5D-1.

Летно-технические данные F-6A F5D-1

Размах крыла, м 10,21 10,4

Длина, м 13,92 15,3

Высота, м 3,96 3,96

Площадь несущей поверхности, м2 51,74 55,0

Масса пустого самолета, кг 7268 9700

Взлетная масса (ном/макс.), кг 9072/ 11300/…/11340

Грузоподъемность, кг 1814

Емкость топливных баков (внутр./внешн.), л 2840/2272 3200/2272

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 175/219 205/…

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,51/1,89 1,96 1) /…

Максимальное число Маха 1,42) 1,4 2)

Максимальная скорость, км/ч 1211 1487 2)

Максимальная скорость у земли, км/ч 1159

Вертикальная скорость, м/с 81

Практический потолок, м 14630 16 800

Максимальная дальность, км 1530 2170

Радиус действия, км 320

1) Без форсирования.

2) Ориентировочные значения.

YF-107A фирмы «Норт Америкен» – одноместный истребитель- бомбардировщик – США, 1956 г.

Рис. 2.70. Истребитель-бомбардировщик YF-107A с надфюзеляжным воздухозаборником.

История создания. Когда оказалось, что принятый на вооружение в 1953-1954 гг. самолет F-100 не удовлетворяет новым требованиям ВВС США по скорости и грузоподъемности, фирма предприняла попытку его модификации. В результате была разработана модификация F-100B, которая существенно отличалась от своего прототипа как внешним видом, так и используемой силовой установкой. Позднее эта модификация получила обозначение YF-107A. Первоначальный заказ на создание девяти опытных образцов позднее был ограничен тремя самолетами, первый из которых был испытан 10 сентября, а последний-10 декабря 1956 г. В ноябре 1956 г. на первом опытном образце была достигнута скорость ? = 2. Тем не менее в следующем году было принято решение запустить в серийное производство самолет YF-105 фирмы «Рипаблик», что означало отказ от программы F-107. Два опытных образца были переданы исследовательскому центру NACA, а третий-музею в Дейтоне.

Описание самолета. Истребитель-бомбардировщик YF-107A представляет собой моноплан классической схемы со среднерасположенным крылом, угол стреловидности которого по передней кромке составляет 48°, а относительная толщина профиля равна 5,5%. Крыло оснащено расположенными вдоль всего размаха предкрылками и закрылками. Последние находятся в околофюзеляжных частях крыла (как и у самолетов F-100D/F). Управление осуществляется с помощью трехсекционных интерцепторов и полностью управляемого хвостового оперения. Размещение воздухозаборника над фюзеляжем позволило выдвинуть кабину пилота вперед, а также несколько отклонить вниз заостренную носовую часть фюзеляжа, что обеспечило отличную видимость спереди и по сторонам, особенно при полетах с большими углами атаки. Трехстоечное шасси (главные стойки с одинарными колесами, передняя со спаренными) убирается в фюзеляж.

Вооружение. Вооружение опытных самолетов состояло из четырех пушек калибра 20 мм, установленных парами по бокам передней части фюзеляжа, и подкрыльных замков общей грузоподъемностью 4500 кг. Самолет оснащен электронным оборудованием, позволяющим автоматически наводить его на воздушную цель по сигналам наземных служб ПВО.

Двигательная установка. На самолете вместо двигателя J57 прототипа использован турбореактивный двигатель J75-P-9 фирмы «Пратт- Уитни» тягой ~ 7500 кГ без форсирования и 11 113 кГ-с форсированием. Надфюзеляжный плоский регулируемый воздухозаборник имеет клиновидное центральное тело и два параллельных канала, которые в центральной части фюзеляжа сходятся в один канал круглого сечения. Топливные баки расположены в фюзеляже. Дополнительный бак (закрепляемый на подфюзеляжных замках) весьма характерной плосковыпуклой формы частично вписывается в геометрический контур фюзеляжа.

Рис. 2.71. Проекции истребителя-бомбардировщика YF-107A.

Летно-технические данные

Размах крыла, м 11,15

Длина, м 18,54

Высота, м 6,0

Площадь несущей поверхности, м2 39,7

Максимальное число Маха 2,2 1)

Максимальная скорость на высоте 12000 м, км/ч 2336

1) Проектные данные.

«Ледюк» 022 – одноместный истребитель-перехватчик – Франция, 1956 г»

Рис. 2.72. Крепление опытного самолета «Ледюк» 021-02 на самолете-носителе «Лангедок».

История создания. Р. Ледюк свои первые работы над прямоточными воздушно-реактивными двигателями начал еще в 1929 г., а первый опытный самолет сконструировал в 1937 г. Однако строительство первого опытного образца «Ледюк» 010-01 было завершено лишь в 1945 г. Первый планерный полет был осуществлен 19.11.1946 г., а испытания самолета с работающим двигателем-21.04.1949 г. «Ледюк» 010 был первым пилотируемым летательным аппаратом с прямоточным воздушно-реактивным двигателем, реализованным в соответствии с идеей так называемого моноблочного самолета, в котором силовая установка является не отдельным узлом, а частью конструкции планера. Этот самолет во время полета на высоте 11000 м достиг скорости 808 км/ч при тяге двигателя, составляющей лишь половину расчетной. В марте 1950 г. был построен второй опытный экземпляр 010-02. Зимой 1951/52 г. оба опытных образца разбились при летных испытаниях. В феврале 1951 г. был построен третий опытный образец-016, дополнительно оснащенный двумя турбореактивными двигателями «Марбор» фирмы «Тюрбомека» тягой 2,94 кН (300 кГ), которые устанавливались на концах крыла. Однако управление тремя двигателями оказалось весьма сложным, а самостоятельный старт самолета-очень трудным.

Опытный самолет, у которого вместо дополнительных двигателей на концах крыла были топливные баки, получил обозначение 020. Он подвергался исследованиям до января 1954 г., после чего был передан в музей. В начале 1953 г. был построен четвертый самолет этой серии (обозначенный 021-01), а год спустя – пятый (021-02). Летные испытания этих самолетов с работающими ПВРД были проведены соответственно 7.08.1953 и 1.03.1954 г. После окончания первого этапа летных испытаний на самолете 021-01 внутри ПВРД был установлен турбореактивный двигатель «Марбор» II тягой 3,73 кН (380 кГ). Он должен был обеспечивать необходимую тягу во время взлета, посадки и на переходных режимах полета. Все эти дозвуковые самолеты строились в виде среднепланов с прямым крылом, имели скорость до М = 0,85 и стартовали с самолета-носителя, роль которого выполнял модифицированный четырехдвигательный пассажирский самолет «Лангедок» S.E.161. Посадка осуществлялась при помощи выпускаемого двухколесного шасси велосипедного типа с малой базой и дополнительными опорами на концах крыла и в хвостовой части.

Последним самолетом из этого семейства был «Ледюк» 022, который разрабатывался как легкий сверхзвуковой истребитель-перехватчик.

Работы над этим самолетом были начаты в 1952 г., а к созданию опытного образца приступили в 1953 г. Ввиду того что строительство этого самолета затянулось, его летное испытание было проведено лишь 26.10.1956 г. На первом этапе летных испытаний использовался лишь турбореактивный двигатель. Первый полет самолета с ПВРД был совершен в 1957 г. После завершения испытаний все работы над самолетом с ПВРД были прекращены.

Описание самолета. «Ледюк» 022 представляет собой построенный по классической схеме сред- неплан со стреловидным крылом (стреловидность по передней кромке 35°, относительная толщина профиля 5%), установленным под положительным поперечным углом. Крыло оснащено элеронами и простыми закрылками. Горизонтальное оперение выполнено в виде управляемого стабилизатора, плоскости которого имеют небольшое отрицательное поперечное V. Вертикальное оперение-классическое, стреловидное, с рулем направления. Носовая часть фюзеляжа (вместе с кабиной пилота) выполнена в виде конуса с изломом образующей, а остальная часть-в виде цилиндра длиной ~ 11,8 м и внешним диаметром ~ 2 м-образует кожух прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Шасси – трехстоечное, с одинарными колесами. Главные стойки убираются в крыло, а передняя-в нишу фюзеляжа за кабиной пилота. В кабине, имеющей остекление по всему контуру, пилот занимает положение лежа (полулежачее-в опытных образцах дозвуковых самолетов). В аварийных ситуациях пилот сначала осуществляет отделение кабины от самолета и опускается в ней на парашюте до момента достижения безопасных высоты и скорости. Затем он обычным способом покидает кабину и приземляется на собственном, индивидуальном парашюте.

Рис. 2.73. Проекции легкого истребителя-перехватчика «Ледюк» 022.

Двигательная установка. На самолете используется комбинированная силовая установка, состоящая из турбореактивного двигателя «Атар» 101D-3 фирмы SNECMA тягой 26,47 кН (2700 кГ) и прямоточного воздушно-реактивно- го двигателя. ТРД установлен вдоль оси самолета внутри ПВРД и используется во время взлета и разгона до момента запуска прямоточного воздушно-реактивного двигателя при М ~ ~ 0,4 (двигатели дозвуковых самолетов запускались при скорости ~ 340 км/ч, развиваемой самолетом-носителем «Лангедок»), Топливо размещается в крыльевых кессон-баках и в кольцевом баке, образуемом внешней и внутренней (кожух ПВРД) обшивками фюзеляжа.

Летно-технические данные «Ледюк» 021 022

Размах крыла, м 11,6 10,0

Длина, м 12,5 17,0

Высота, м 2,74 4,5

Площадь несущей поверхности, м2 22,1 22,4

Масса пустого самолета, кг 3800 6000

Номинальная взлетная масса, кг 6000 11000

Емкость внутренних топливных баков, л 2860 4200

Максимальное число Маха 0,85

Максимальная скорость полета, км/ч 903 4000 1)

Вертикальная скорость, м/с 200

Максимальный потолок, м 20000 25000 1)

Продолжительность полета, мин 15-60 10-60

1) Проектные данные.

«Хастлер» В-58 фирмы «Конвэр»-трехместный дальний бомбардировщик – США, 1956 г.

Рис. 2.74. Бомбардировщик «Хастлер» В-58А.

История создания. В октябре 1946 г. фирма получила от ВВС США заказ на проведение теоретических исследований дозвукового бомбардировщика дальнего проникновения. Было проанализировано около 10 000 вариантов, из которых в 1948 г. остановились на варианте восьмидвигательного (4 турбореактивных и 4 турбовинтовых) самолета, получившего обозначение ХВ-55. Однако в 1949 г. эта программа была аннулирована, и фирма получила новое предложение по продолжению исследований тяжелого сверхзвукового самолета. В 1950-1953 гг. был разработан ряд проектов самолетов-сначала двухдвигательных, а затем и четырехдвигательных. В 1953 г. была выбрана схема самолета в соответствии с правилом площадей, а окончательный вариант компоновочной схемы самолета с двигателями в индивидуальных гондолах, устанавливаемых на пилонах под крылом, был принят в августе 1954 г. Первый контракт содержал заказ на изготовление 30 самолетов для стендовых и летных исследований. Им были присвоены обозначения ХВ-58 и В-58.

Строительство первого опытного образца было завершено в августе 1956 г., его облет состоялся 11 ноября, а в полете 30 декабря была превышена скорость звука. 29.06.1957 г. была достигнута скорость М = 2. Испытания первого серийного самолета В-58А были проведены в сентябре 1959 г., а уже 1 декабря самолеты этого типа начали поступать в военно-воздушные подразделения. Из 86 изготовленных самолетов В-58А 8 были переоборудованы в учебно-боевые ТВ-58А (облет 10.05.1960 г.), а один (В-58А) был приспособлен для исследований двигателя J79-GE-3 в подвешиваемой под фюзеляжем гондоле. Учебно-боевая модификация ТВ-58А отличается от боевой лишь конструкцией кабины экипажа, в которой имеются основная и дублирующая системы управления и дополнительное сиденье для стажера. Часть самолетов В-58 переоборудована в самолеты- разведчики RB-58A с более высоким потолком; они оснащены фотоаппаратами и телевизионными прицелами. В общей сложности построено 116 самолетов. Производство было прекращено 26.10.1962 г. Причиной этого решения были частые катастрофы, вызванные пожарами и авариями. Пять катастроф произошло во время летных испытаний в период с 1956 по 1959 г., последняя-на Парижском авиационном салоне в 1961 г. На разработку самолета было затрачено 9 340 000 чел.-ч, а вся программа стоила 2,3 млрд. долл.; это означает, что реальная стоимость одного самолета достигает 20 млн. долл., хотя официальная цена сначала составляла 8 млн. долл. и возросла (по мере усовершенствования самолета и свертывания производства) до 14 млн. долл.

На самолете В-58 было установлено несколько мировых рекордов.

Описание самолета. Бомбардировщик В-58 фирмы «Конвэр» представляет собой построенный по схеме «бесхвостка» среднеплан с треугольным крылом, со стреловидностью по передней кромке 60° и относительной толщиной профиля 4%. Крыло имеет коническую крутку на 15% носка, уменьшающую лобовое сопротивление в диапазоне скоростей М = 0,8-1,3. Фюзеляж спроектирован в соответствии с правилом площадей. В результате этого его форма в области крыла приобретает характерное сужение, причем минимальный диаметр в этой области составляет около 1,5 м. В носовой части фюзеляжа находятся друг за другом три индивидуальные кабины экипажа (пилот, штурман и оператор электронных устройств), каждая из которых оснащена спасательными капсулами.

Фонарь кабины (открываемый вверх-назад) с передним остеклением образует обтекаемый контур, почти не нарушающий геометрические обводы фюзеляжа, однако не обеспечивает видимость сзади. Система аэродинамического управления состоит из односекционных элевонов и классического вертикального оперения с рулем направления. Управление рулями происходит с помощью необратимых гидроусилителей; самолет оборудован автоматической системой балансировки при изменении скорости полета (система была испытана в 1956 г. на самолете «Скорпион» F-89F). Вертикальное оперение по аналогии с оперением самолета F-102 имеет над рулем направления небольшой дефлектор, выполняющий роль стабилизатора воздушного потока. Под рулем направления расположен контейнер тормозного парашюта.

Рис. 2.75. Проекции бомбардировщика «Хастлер» В-58.

Характерной чертой самолета В-58 является его высокое шасси, обеспечивающее взлет и особенно посадку при больших углах атаки. Необходимость применения удлиненных стоек шасси была обусловлена расположением двигательных гондол под консолями крыла и контейнера с вооружением под фюзеляжем. Ввиду принятой трехстоечной схемы шасси и малого диаметра фюзеляжа главные стойки крепятся в корневых частях крыла. Небольшая строительная высота крыла обусловила применение восьмиколесных тележек с колесами малого диаметра. Главные стойки шасси убираются вперед при одновременном изменении положения тележек относительно стойки на 90°. Передняя стойка со спаренными колесами (складывающаяся для уменьшения объема) убирается назад, в нишу, расположенную под кабиной пилота.

Самолет В-58 является первым американским сверхзвуковым самолетом, у которого нашло широкое применение склеивание элементов конструкции, главным образом обшивки. Около 15% поверхности обшивки выполнено из листов нержавеющей стали (пайка) – преимущественно обшивка хвостовых частей двигательных гондол, пилонов и нижних частей крыла, более всего подвергающихся воздействию выхлопных газов двигателей. Остальная часть обшивки выполнена из дюралевых листов толщиной 0,25-1,0 мм, приклееных к сотовому заполнителю. Благодаря использованию слоистых панелей с заполнителем относительная масса плане-

pa самолета снижена до ~ 16% ( ~ 25% у самолетов, изготовляемых обычными методами).

Самолет оборудован автоматической навигационно-бомбардировочной системой, в состав которой входят поисковый радиолокатор, до- плеровская РЛС, инерциальная навигационная подсистема и бортовой вычислитель.

Двигательная установка. На начальной стадии разработки самолета предусматривалось использование сдвоенных крыльевых двигательных гондол, однако поперечные сечения такого самолета не удовлетворяли правилу площадей. Поэтому в конце 1954 г. было принято решение размещать двигатели в индивидуальных подкрыльных гондолах, устанавливаемых на выдвинутых вперед пилонах. Благодаря этому удалось получить компоновку самолета, почти идеально соответствующую правилу площадей, так что В-58 стал первым самолетом с треугольным крылом, у которого двигатели располагались на пилонах. В первых нескольких опытных образцах использовались турбореактивные двигатели J79-GE-1 фирмы «Дженерал электрик», которые в 1960 г. были заменены на J79-GE-5A. На боевых самолетах В-58А устанавливались двигатели J79-GE-5B тягой 44,52 кН (4540 кГ) без форсирования и 69,38 кН (7075 кГ) с форсированием. Запуск двигателей осуществляется с помощью пневмостартеров. Топливная система состоит из баков, расположенных в центральной части фюзеляжа, и крыльевых кессон-баков общей емкостью 56 780 л. Самолет оборудован системой дозаправки в воздухе.

Вооружение. В соответствии с правилом площадей центральная часть самолета имеет уменьшенный диаметр. В связи с этим в фюзеляже размещены лишь топливные баки, а бомбовые отсеки вынесены за контур фюзеляжа. Бомбардировщик В-58 является единственным военным самолетом, у которого весь боевой груз размещается в специальном подфюзеляжном контейнере грузоподъемностью 5000 кг. В этом контейнере могут размещаться 1-5 ядерных бомб, 5-10 обычных бомб и ракеты класса воздух-земля «Хаунд дог», специально переоборудованные для этого самолета. Стационарное вооружение самолета состоит из шестиствольной пушки М-61 калибра 20 мм, расположенной в хвостовой части фюзеляжа.

Кроме того, самолет предполагалось оснащать диверсионными ракетами, предназначаемыми для отвлечения на себя ракет ПВО класса земля-воздух (аналогичными ракетами типа «Куэль» оснащались бомбардировщики В-52). Подвесной контейнер вооружения может быть заменен подвесным топливным баком или баком-контейнером, в одной части которого находится топливо, а в другой – боевая нагрузка.

Летно-технические данные

Размах крыла, м 17,32

Длина, м 29,49

Высота, м 9,53

Площадь несущей поверхности, м2 143,25

Масса пустого самолета, кг 33650

Взлетная масса (ном./макс.), кг 68000/75000

Грузоподъемность, кг 5000

Емкость внутренних топливных баков, л 56780

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 475/524

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 2,45/2,70

Максимальная скорость на высоте 16765 м, км/ч 2228

Максимальная скорость у земли, км/ч 1127

Крейсерская скорость с подвесным контейнером, км/ч 955

Потолок (практ./макс.), м 18300/21000

Дальность (ном./перегоночная), км 3860/7000

Радиус действия, км 2600

«Мираж»III фирмы «Дассо»-многоцелевой одноместный истребитель – Франция, 1956 г.

Рис. 2.76. Многоцелевой истребитель «Мираж» IIIC с характерной конической круткой носка крыла.

История создания. В 1953 г. во Франции были оглашены тактико-технические требования к так называемому легкому сверхзвуковому истребителю-перехватчику. Ориентируясь на них, фирма «Дассо» разработала и построила опытный самолет MD.550 «Мираж» I, облет которого состоялся 25 июля 1955 г. На самолете были установлены два турбореактивных двигателя фирмы «Армстронг Сиддли» тягой 7,26 кН (740 кГ) каждый, которые в мае 1956 г. были оснащены форсажными камерами (двигатели с форсажными камерами получили обозначение MD-30), увеличивающими тягу до 9,61 кН (980 кГ). В 1956 г. самолет с двигателями MD-30 показал в полете скорость М = 1,2. Для увеличения скорости был установлен дополнительный жидкостный ракетный двигатель SEPR 66 тягой 14,71 кН (1500 кГ). 17.12.1956 г. самолет с такой комбинированной силовой установкой достиг в горизонтальном полете на высоте 12000 м скорости М= 1,3.

На основе результатов этих испытаний был сделан вывод, что поставленная цель создания высокоскоростного истребителя не может быть достигнута при небольшой массе самолета и маломощной силовой установке. Поэтому конструкторы приступили к разработке более крупного самолета «Мираж» II с двумя двигателями «Габизо» фирмы «Тюрбомека» общей тягой 29,59 кН (3017 кГ) и стартовым ускорителем. Однако и этот проект был признан неудовлетворительным; работы над ним были свернуты, и конструкторы приступили к разработке самолета «Мираж» III. У построенного опытного образца «Мираж» III-001 была сохранена лишь общая схема самолета, зато радикальной реконструкции подвергнут фюзеляж с учетом правила площадей. Треугольное вертикальное оперение было заменено на стреловидное. Были установлены один мощный двигатель и стационарная система вооружения. Облет первого нового самолета состоялся 17 ноября 1956 г. На этом опытном образце была достигнута скорость М = 1,52. После проведения первых летных испытаний самолет был подвергнут дальнейшим усовершенствованиям; в результате был создан предсерийный самолет «Мираж» III-01 (обозначенный впоследствии «Мираж» IIIA), который отвечал требованиям ВВС Франции. Его облет состоялся 12.05.1958 г., а 24 октября в горизонтальном полете на высоте 12 500 м он достиг скорости M = 2,0. На одном из самолетов «Мираж» IIIA 18.06.1959 г. был установлен рекорд скорости (1771,00 км/ч) в полете по замкнутому 100-км маршруту.

В сопоставлении с первым опытным образцом на самолете «Мираж» IIIA использован более мощный двигатель, увеличена площадь крыла (с 29,0 до 34,10 м2 ), применена коническая крутка носка крыла, уменьшена относительная толщина профиля (с 5 до 4,5% в околофюзеляжных частях и до 3,5%-в концевых), установлены регулируемые сверхзвуковые воздухозаборники.

Самолеты «Мираж» III выпускались в следующих модификациях:

– истребитель-перехватчик IIIA (10 самолетов);

– многоцелевой истребитель IIIC (облет первого серийного образца 9.10.1960 г., 196 самолетов);

– истребитель-бомбардировщик дальнего действия IIIE (облет опытного образца 5.04.1961 г.); было построено 523 самолета для Франции, Аргентины (III-AE), Бразилии (III-EBR), Ливана (III-EL), Пакистана (III-EP), ЮАР (III-EZ), Испании (III-EE) и Венесуэлы (III-EV), IIIO (модификация IIIE, выпускаемая по лицензии в Австралии; построено 48 самолетов III-OF и 50 самолетов III-OA; облет первого 16.11.1963 г.) и IIIS (модификация IIIE, выпускаемая по лицензии в Швейцарии; построено 34 самолета; облет первого 28.10.1965 г.);

– разведчик IIIR (модификация IIIE, приспособленная для разведывательных целей; облет первого самолета 31.10.1961 г.) и IIIRD (12 самолетов для Франции);

– двухместный учебно-боевой IIIB (облет опытного образца 20.10.1959 г., серийного 19.07.1962 г.), IIIВЕ и IIID (всего построено 180 самолетов);

– опытный IIIТ (июнь 1964 г.), «Бальзак» (13.10.1962 г.) и III-V (12.02.1965 г.).

В общей сложности до 1975 г. было построено 3 опытных образца, 16 предсерийных самолетов, 1170 серийных самолетов во Франции, 132 самолета по лицензиям в Австралии и Швейцарии. «Мираж» III находился на вооружении военно-воздушных сил 20 государств и является самым распространенным французским самолетом. На базе самолета «Мираж» IIIE выпускались самолеты упрощенной модификации с обозначением «Мираж» 5.

Описание самолета. «Мираж» III представляет собой низкоплан с треугольным крылом, построенный по схеме «бесхвостка». Крыло с углом стреловидности передней кромки 60° имеет симметричный ламинарный профиль с отогнутым вниз носком. Нулевой отгиб в плоскости корневого сечения возрастает до максимального в плоскости концевой хорды. Передняя кромка крыла имеет щелевой уступ шириной около 6 см. Задние части крыла почти по всему размаху оснащены двухсекционными элевонами и находящимися в корневой части закрылками. Закрылки используются не только для увеличения подъемной силы в процессе взлета и посадки, но и для балансировки самолета. Кроме того, на нижней и верхней поверхностях крыла в околофюзеляжных частях установлены тормозные щитки. Все подвижные поверхности управляются с помощью индивидуальных необратимых гидроусилителей. Конструкция крыла однолонжеронная с дополнительным подкосом и вспомогательной стенкой.

Фюзеляж полумонококовой схемы выполнен в соответствии с правилом площадей. Конструктивно он разделен на несколько частей. Носовая часть, в которой находятся приборный отсек и кабина пилота, выполнена как одно целое. Остальные части выполнены двухсекционными и соединяются между собой в плоскости симметрии самолета. Фонарь, состоящий из трехсекционного переднего остекления и односекционного обтекателя (откидываемого вверх-назад), вписывается в геометрический контур фюзеляжа. В целях улучшения обзора кабина максимально вынесена вперед, а носовая часть фюзеляжа несколько наклонена вниз. В кабине используется катапультируемое сиденье класса 0-0. В двух центральных частях фюзеляжа размещены топливный бак, блок вооружения, электронное оборудование и т.д., а в хвостовой части-двигательный отсек. Фюзеляж оканчивается кожухом выходного сопла, выполненным заодно с контейнером тормозного парашюта.

Система управления самолета состоит из элевонов и классического вертикального оперения. Киль с углом стреловидности передней кромки 63° выполнен с применением ламинарных симметричных профилей относительной толщины 4% в корневой части и 3,5% в концевой. Расположение кожуха блока ракетного ускорителя под фюзеляжем (в плоскости вертикального оперения) несколько улучшает путевую устойчивость. В каналах курса, крена и тангажа использованы автоматы загрузки рычагов управления в соответствии с углом отклонения рулей, а также скоростью и высотой полета. В системе управления имеются, кроме того, устройства компенсации и демпфирования динамических воздействий. Шасси-трехстоечное, с одинарными колесами. Передняя стойка убирается назад, главные – вбок, в крыло (стойки) и фюзеляж (колеса). Низкого давления пневматики позволяют базирование самолета на аэродромах с травяным покрытием.

Двигательная установка. Модификации самолета, предназначенные для уничтожения воздушных целей, имеют комбинированную силовую установку, состоящую из турбореактивного двигателя с форсажной камерой и ракетного двигателя. На опытном образце 001 использован турбореактивный двигатель «Атар» 101G2 фирмы SNECMA тягой 44,14 кН (4500 кГ) с дожиганием; самолеты модификаций АиВ оснащены двигателями «Атар» 9В тягой 40,60 кН (4140 кГ) без форсирования и 58,85 кН (6000 кГ) с форсированием, а самолеты остальных модификаций-двигателями «Атар» 9С тягой соответственно 41,62 кН (4245 кГ) и 62,76 кН (6400 к Г). В качестве ускорителя используется ЖРД многократного включения SEPR 841 или SEPR 844 тягой 14,71 кН (1500 кГ; возможен также уровень тяги 750 кГ). Продолжительность непрерывной работы ЖРД. при максимальной тяге 82 с. Воздух к турбореактивному двигателю подается через два боковых воздухозаборника с регулируемым посредством перемещения полуконусов проходным сечением. Входные каналы оснащены впускными и перепускными створками. Воздухозаборники отодвинуты от фюзеляжа на расстояние около 70 мм, что обеспечивает отвод пограничного слоя с его поверхности и подачу воздуха через щели отсоса в систему охлаждения.

Топливная система турбореактивного двигателя состоит из четырех фюзеляжных баков и кессон-баков в крыле. Подкрыльные и подфю- зеляжные замки внешних подвесок могут быть использованы и для подвешивания дополнительных топливных баков. Емкость топливной системы может быть увеличена также за счет установки дополнительного бака под хвостовой частью фюзеляжа (вместо ракетного двигателя). Два топливных бака для ракетного двигателя содержат 475 кг окислителя и 125 кг горючего. Топливные насосы ракетного двигателя питаются от компрессора турбореактивного двигателя.

Рис. 2.77. Проекции многоцелевого истребителя «Мираж» III.

Вооружение. Самолет не имеет постоянного вооружения. На семи замках внешних подвесок общей грузоподъемностью 1200-2750 кг самолет в зависимости от выполняемого задания может нести: ракету R-510, R-511 или R-530 фирмы «Нор», две ракеты «Фолкон» (только модификация S), две ракеты «Сайдуиндер», три ракеты AS-30 или AS-20, два контейнера «Матра» с НУРС, три бомбы по 500 кг и контейнер с двумя пушками калибра 30 мм с запасом 125 снарядов каждая.

Летно-технические данные «Мираж» IIIC IIIE

Размах крыла, м 8,20 8,22

Длина, м 13,85 15,03

Высота, м 4,50 4,25

Площадь несущей поверхности, м2 34,10 34,85

Масса пустого самолета, кг 5900 7050

Максимальная взлетная масса, кг 12 600 13 500

Номинальная посадочная масса, кг 6600

Грузоподъемность, кг 1200 Емкость топливных баков (внешн./внутр.), л 3400/3330 3400/3330

Максимальная удельная нагрузка на крыло, кг/м2 346 387

Отношение максимальной массы самолета к форсажной тяге 1) , кг/даН 1,52 2,05

Максимальное число Маха 1,8 2,2

Максимальная скорость на высоте 12000 м, км/ч 2100 2350

Максимальная скорость у земли, км/ч 1100 1390

Потолок, м 18000/ 17000/ /23 000 1) /23 000 1)

Боевой радиус действия, км 290-4)50 1200

Посадочная скорость, км/ч 240

Вертикальная скорость, м/с 120

Время подъема на высоту 18 000 м 1) 6 мин 30 с …

Максимальная продолжительность полета, ч 3

Длина разбега (масса ном./макс.), м …/900 700/1600

Длина пробега (масса ном./макс.), м …/860 700/…

1) С ракетным двигателем.

«Дельта-Дарт» F-106 фирмы «Конвэр»-одноместный истребитель- перехватчик – США, 1956 г.

Рис. 2.78. Истребитель-перехватчик «Дельта- Дарт» F-106A с подвесными топливными баками.

Рис. 2.79. Истребитель-перехватчик «Дельта- Дарт» F-106A.

История создания. Посредственные показатели самолета F-102A заставили фирму приступить к разработке такой модификации этого самолета, которая позволила бы использовать двигатель с большей тягой. Работы по новой модификации, получившей обозначение F-102B, были начаты в 1955 г. Поскольку переделка коснулась не только фюзеляжа и силовой установки, но также оперения и оборудования, то новый самолет получился существенно отличающимся от своего предшественника. На практике это означало создание совершенно нового самолета, который получил обозначение F-106A и был впервые испытан 26.12.1956 г. Несмотря на переделки, F-106 по внешним очертаниям напоминал свой прототип. Поставки самолетов в воинские подразделения начались в июле 1959 г. и были прекращены в 1960 г. В апреле 1957 г. фирма получила заказ на разработку двухместной учебно-боевой модификации F-106B. Облет этого самолета состоялся 9.04.1958 г. Самолеты этой модификации с тандемным расположением мест экипажа (такое размещение экипажа было выбрано в связи со значительным ухудшением характеристик TF-102A по сравнению с F-102A) имелись во всех подразделениях, оснащенных самолетами F-106A, и благодаря наличию вооружения могли быть использованы для выполнения как тренировочных полетов, так и оперативных заданий.

В общей сложности в 1959-1960 гг. было выпущено 277 самолетов F-106A и 63 самолета F-106B. На самолете F-106A пилот Дж. В. Роджерс 15.12.1959 г. установил рекорд скорости 2455,7 км/ч в полете на базе 15-j-25 км. С 1960 г. самолеты F-106 переняли от F-102 задачи по уничтожению воздушных целей в любых погодных условиях и продолжают оставаться на вооружении авиации противовоздушной обороны. В настоящее время они заменяются самолетами F-15. О значении самолета F-106 в системе ПВО свидетельствует факт, что он является одним из немногих типов самолетов, которые не эксплуатировались за пределами США.

Описание самолета. Применение двигателя, тяга которого приблизительно на 50% превышала тягу двигателя прототипа F-102A, обусловило необходимость радикальной перестройки фюзеляжа. В связи с этим был спроектирован самолет, удовлетворяющий правилу площадей. Изменениям были подвергнуты главным образом передняя и хвостовая части фюзеляжа. Носовая часть удлинена на 75 см и оканчивается коническим обтекателем. Воздухозаборники переме

щены назад, ближе к передним кромкам корневых частей крыла (укорочение воздушных каналов улучшило характеристики двигателя). Обтекатели хвостовой части фюзеляжа были ликвидированы, а ее диаметр несколько увеличен. Треугольное вертикальное оперение заменено на стреловидное. Реконструкции подверглись и тормозные щитки, которые размещены под рулем направления. В результате уменьшения поверхности крыла и увеличения взлетной массы самолета возросла удельная нагрузка на крыло.

Рис. 2.80. Проекции истребителя-перехватчика «Дельта-Дарт» F-106.

Для F-106A фирмой «Хьюз» была разработана усовершенствованная система автоматического управления огнем типа МА-1 (стоимость ее в то время составляла 350 000 долл.). В этой радиотелеметрической системе команды, посылаемые с наземных станций наведения, передавались на приводы, которые могли без участия пилота воздействовать на управляющие поверхности, наводя тем самым самолет на выбранную цель. Кроме того, самолет оборудован электронной аппаратурой для автоматического выполнения полета (от момента взлета до выравнивания перед посадкой), получающей необходимую информацию от наземных станций управления средствами ПВО и тактической радионавигации.

Двигательная установка. На самолете использован турбореактивный двигатель J75-P-17 фирмы «Пратт-Уитни» тягой 76,49 кН (7800 кГ) без форсирования и 108,95 кН (11110 кГ) с форсированием. В 1968 г. самолет был оборудован системой дозаправки топливом в полете.

Вооружение. Самолет снабжен только ракетным оружием, которое находится в фюзеляже. Стандартным вооружением являются четыре усовершенствованные ракеты «Фолкон» AIM-4 или AIM-4G либо две ракеты «Джини» AIR-2A или AIR-2B с атомными боеголовками. С 1973 г. на самолетах начали устанавливать многоствольную пушку М61 калибра 20 мм.

Летно-технические данные F-106A

Размах крыла, м 11,67

Длина, м 21,56

Высота, м 6,18

Площадь несущей поверхности, м2 64,80

Масса пустого самолета, кг 10 730

Взлетная масса (ном./макс.), кг 16100//17 350

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 248/268

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,48/1,59

Максимальное число Маха 2,31

Максимальная скорость на высоте 12200 м, км/ч 2450

Крейсерская скорость с внешними подвесками, км/ч 980

Практический потолок, м 17400

Максимальная дальность, км 4350

Радиус действия, км 920

S.R.53 фирмы «Сауидерс-Роу»- одноместный экспериментальный самолет-перехватчик-Великобритания, 1957 г.

Рис. 2.81. Опытный образец истребителя-перехватчика SR. 53.

История создания. Самолет S.R.53 проектировался в соответствии с тактико-техническими требованиями ВВС Великобритании к истребителю-перехватчику с комбинированной двигательной установкой. Исследованием вариантов такого самолета фирма «Саундерс Роу» занялась в 1951 г., а в 1953 г. она официально приступила к созданию опытного образца, облет которого состоялся 16.05.1957 г.

Внимание конструкторов самолета привлекла двухдвигательная схема, сочетающая высокую экономичность турбореактивного двигателя с постоянными (независимо от высоты) данными ракетного двигателя. Однако уже в период проведения опытно-конструкторских работ было решено построить лишь два опытных образца самолета-один для летных испытаний двигателей (S.R.53 оказался первым и единственным британским самолетом с комбинированной двигательной установкой), а второй как экспериментальную машину в рамках разработки самолета S.R.177, поскольку от серийного производства S.R.53 в качестве истребителя-перехватчика отказались.

Самолет S.R.177 со скоростью, приблизительно в три раза превосходящей скорость звука, должен был отвечать возрастающим оперативным требованиям и одновременно явиться связующим звеном между обычной истребительной авиацией и ракетной системой противовоздушной обороны. Требования к этому самолету были сформулированы в 1954 г., а в 1955 г. было подписано соглашение о разработке опытного образца. Однако в декабре 1957 г. это соглашение было аннулировано, так как в соответствии с «Белой книгой обороны» самолет Р.1В фирмы «Инглиш электрик» должен был стать последним истребителем вооруженных сил Великобритании. В этом документе отмечалось, что в будущем все оборонные усилия Великобритании будут сконцентрированы на совершенствовании ракетного оружия. В июне 1958 г. во время полета один из опытных образцов S.R.53 взорвался в воздухе. После этой катастрофы все дальнейшие работы над самолетными комбинированными ДУ в Великобритании были прекращены.

Описание самолета. Аэродинамическая схема самолета-классическая, с треугольным крылом, имеющим относительную толщину профиля 4% и отрицательный угол поперечного V. Крыло со срезанными концами оснащено носовыми щитками, закрылками и элеронами. Управляемый стабилизатор имеет треугольную форму и установлен на укороченный киль. Площадь оперения весьма значительная. Управление горизонтальным оперением и рулем направления осуществляется с помощью необратимых гидроусилителей. Шасси-трехстоечное, с одинарными колесами и пневматиками высокого давления. Главные стойки убираются в консоли крыла (в направлении фюзеляжа). Сзади в верхней части фюзеляжа расположены два тормозных щитка, а в нижней – контейнер тормозного парашюта.

Двигательная установка. В период, предшествовавший созданию опытного образца S.R.53, проблему воздушной обороны важных объектов старались решить при помощи истребителей с большими скороподъемностью и горизонтальной скоростью в зоне оперативных высот, которые, однако, имеют малый радиус действия и небольшое время полета. В те годы господствовало убеждение, что только комбинированная двигательная установка может обеспечить самолету требуемые характеристики. По мнению британских специалистов, в самолете с такой силовой установкой турбореактивный двигатель на форсажном режиме должен использоваться для быстрого набора высоты и скорости. Затем до момента достижения оперативной высоты должен включаться ракетный двигатель, с помощью которого самолет достигает требуемой сверхзвуковой скорости. При полете со сверхзвуковой скоростью во время приближения к атакуемому объекту достаточной оказывается работа лишь турбореактивного двигателя на форсажном режиме. Вблизи от цели необходимо вновь запустить ракетный двигатель, который обеспечивает тяговооруженность, необходимую для выполнения маневра перехвата. На базу после выполнения задания самолет возвращается на нефорсированном режиме работы реактивного двигателя.

Рис. 2.82. Проекции истребителя-перехватчика SR.53.

На опытных образцах S.R.53 устанавливались турбореактивный двигатель без форсажной камеры «Вайпер» ASV-8 фирмы «Армстронг- Сиддли» тягой 7,84 кН (800 кГ) и ракетный двигатель «Спектр» фирмы «Де Хэвилленд» тягой 35,60 кН (3630 кГ). Предусматривалось строительство опытного образца с турбореактивным двигателем «Джайрон Джуниор» фирмы «Де Хэвилленд» тягой 31,38 кН (3200 кГ). При таком соотношении параметров менее экономичный ракетный двигатель не мог не ухудшить летно- технические данные самолета. Важной особенностью ракетного двигателя «Спектр» была возможность регулирования тяги, вследствие чего он использовался при взлете, наборе высоты и полете с максимальной скоростью. Двигатель «Вайпер» включался лишь во время полета с крейсерской скоростью.

Двигатели самолета расположены в хвостовой части фюзеляжа-ракетный под турбореактивным. Нерегулируемые воздухозаборники турбореактивного двигателя находятся в верхней части фюзеляжа (за фонарем кабины пилота). Дополнительные устройства, образующие систему скачков уплотнения при сверхзвуковых скоростях полета, в них отсутствуют.

Летно-технические данные

Размах крыла, м 7,65

Длина, м 13,72

Высота, м 3,29

Максимальная скорость 1) , км/ч 2400

Время подъема на высоту 18 000 1) м, мин 3,5

Потолок 1) 27000

Продолжительность полета, мин 30

1) Проектные данные.

«Эрроу» CF-105 фирмы «AVRO Канада»-двухместный истребитель-перехватчик – Канада, 1958 г.

Рис. 2.83. Истребитель-перехватчик «Эрроу» с выпущенным шасси.

История создания. Совершенный в январе 1950 г. первый полет околозвукового истребите- ля-перехватчика CF-100 (выпущенного впоследствии в количестве 600 шт.) должен был явиться началом процесса перевода канадских военно- воздушных сил на самолеты отечественной разработки. Исходя из этой точки зрения, конструкторы AVRO уже в 1951 г. приступили к предварительному исследованию возможностей создания преемника самолета CF-100. Были разработаны эскизные проекты самолетов С104/1 и С104/2 соответственно с однодвигательной и двухдвигательной силовыми установками. В октябре 1952 г. этим проектам дал экспертную оценку Канадский авиационный научно-исследовательский институт, в результате чего в июне 1953 г. командование ВВС Канады утвердило скорректированный проект двухдвигательного самолета с обозначением С105. В августе 1953 г. начались аэродинамические испытания 17 моделей, выполненных в масштабе от 1 :80 до 1 :6, а во второй половине 1954 г. был заключен контракт на изготовление двух опытных образцов самолета, получившего название «Эрроу» и военное обозначение CF-105. В начале 1955 г. приступили к строительству первого опытного образца Mkl, а год спустя – второго Мк2. Строительство Mkl было завершено летом 1957 г., первая публичная демонстрация этого самолета состоялась 4.10.1957 г., а 25 марта 1958 г. летчик-испытатель фирмы Я. Жураковский выполнил его облет. Еще в 1956 г. начались подготовительные работы по запуску в серийное производство самолета модификации Мк2 с предполагаемой поставкой 32 самолетов в конце 1959 г. Однако в 1959 г. канадское правительство приняло решение прервать дальнейшие работы, обосновывая его экономическими соображениями (стоимость программы, включающей опытно-конструкторские работы и выпуск 100 самолетов, оценивалась в 1,6 млрд. долл.). При этом предполагалось, что более экономичной и эффективной заменой самолета CF-105 окажутся ракеты «Бомарк» класса земля-воздух. Однако несколько позже на вооружение все же были приняты американские самолеты «Старфайтер» F-104 фирмы «Локхид», производство которых было налажено по лицензии.

Описание самолета. Самолет CF-105 разрабатывался как перехватчик дальнего действия (что обусловлено обширностью территории Канады) для выполнения заданий в трудных атмосферных условиях дня и ночи. Это потребовало применения сложного и объемного электронного оборудования, а также емкой топливной системы, что превратило «Эрроу» в самый большой и самый тяжелый истребитель 50-х годов.

CF-105 представляет собой двухместный, двухдвигательный высокоплан с треугольным крылом, построенный по схеме без горизонтального оперения. Крыло с углом стреловидности передней кромки 62° имеет относительную толщину профиля, меньшую в корневых частях (3,5%), большую в концевых (3,8%) и отклоненный вниз носок (от 8° в околофюзеляжных частях до 4° в концевых). Для уменьшения длины главных стоек шасси консоли крыла имеют отрицательный угол поперечного V ( – 4°), а для улучшения характеристики обтекания передняя кромка выполнена с геометрическим уступом, что позволило увеличить хорду консольных частей крыла на 10%. Выбранная схема высокоплана позволяет без особых затруднений заменять двигатели и вооружение, не подвергая модификации основную конструкцию планера. Управление осуществляется с помощью отдельных рулей, выполняющих роль элеронов (в консольных частях крыла) и руля высоты. Вертикальное оперение-классическое. Шасси-трехстоечное, со спаренными колесами. Колеса передней стойки – спаренные, а главных – сдвоенные по системе тандем. Фюзеляж самолета выполнен в соответствии с правилом площадей и оборудован контейнером с тормозным парашютом, а также подфюзеляжными тормозными щитками. Единственным видом вооружения самолета являются управляемые ракеты.

Двигательная установка. На опытном образце Mkl использовались два турбореактивных двигателя J75 фирмы «Пратт-Уитни» с тягой 73,40 кН (7485 кГ) без форсирования и 106,75 кН (10886 кГ) с форсированием каждый. Серийные самолеты предполагалось оснастить двигателями канадского производства «Ирокез» Р-13 фирмы «Оренда» тягой 88,26 кН (9000 кГ) без форсирования и 133,37 кН (13 600 кГ) с форсированием. Воздухозаборники – боковые, индивидуальные для каждого двигателя, регулируемые.

Рис. 2.84. Проекции дальнего истребителя-перехватчика «Эрроу» CF-105.

Летно-технические данные «Эрроу» Mkl

Размах крыла, м 15,24

Длина, м 23,71

Высота, м 6,48

Площадь несущей поверхности, м2 144,0

Взлетная масса (ном./макс.), кг 26000/29484

Максимальная посадочная масса, кг 24 500

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 180/205

Удельная нагрузка на крыло при посадке кг/м2 170

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,21/1,38

Максимальное число Маха 1) 2,35

Максимальная скорость на высоте 15 000 м 2) , км/ч 1600 Взлетная скорость 2) , км/ч 315

Посадочная скорость 2) , км/ч 205

Время подъема на высоту 21 000 1) м, мин 4

Практический потолок 1) , м 21300

Максимальная дальность, км 2400

Длина разбега, м 914

1) Проектные данные.

2) Данные по летным испытаниям опытного образца.

«Фантом» II F-4 фирмы «Макдоннел» – многоцелевой двухместный истребитель – США, 1958 г.

Рис. 2.85. «Фантом» RF-4K авиации британских ВМС.

История создания. Разработка самолета началась летом 1953 г., а облет опытного образца XF4H-1 был осуществлен 27 мая 1958 г. В общей сложности за это время на создание самолета было затрачено 6,8 млн. чел.-ч, из них – 5000 чел.-ч заняли испытания в аэродинамической трубе, где были исследованы характеристики свыше 100 моделей оперения и 75 моделей крыла. По первоначальному замыслу «Фантом» проектировался как всепогодный сверхзвуковой перехватчик с большим радиусом действия. В дальнейшем потребовалось разработать такой самолет, который выполнял бы различные задания при полетах с большими скоростями на малых и больших высотах, а также мог базироваться как на стационарных аэродромах, так и на авианосцах. Последнее условие предопределило ограничение габаритов самолета. В целях повышения надежности и безопасности полета была принята двухдвигательная схема. Для повышения эффективности обнаружения, атаки и уничтожения скоростных целей самолет выполнен двухместным (с местами экипажа, расположенными друг за другом). В модификации самолета военно-морской авиации вторая кабина предназначается для оператора радиолокационной станции, а в модификации для ВВС-для второго пилота (этот самолет оснащен и второй системой управления).

Серийное производство самолетов для ВМС США (под обозначением F4H-1) и для ВВС США (под обозначением F-110A) было начато в 1961 г. Первые самолеты этого типа военно- морская авиация приняла на вооружение 29.06.1962 г. В связи с изменением системы обозначений в 1962 г. самолет был переименован на F-4. В общей сложности планировалось до 1980 г. построить 5200 самолетов (вместе с лицензионным изготовлением F-4EJ-B Японии и F-4F-B ФРГ). В 60-х годах цена самолета F-4C составляла 2,3 млн. долл., а в 1975 г. она возросла до 4,5 млн. долл. за самолет F-4E. Выпускались модификации самолета: -истребитель-бомбардировщик F-4A (предыдущее обозначение F4H-1; выпущено 23 предсерийных и 24 серийных самолета), F-4B (F4H-1F, 649 самолетов), F-4C (F-110A; облет 27.05.1963 г., 583 самолета, 36 самолетов поставлено Испании), F-4D (8.12.1965 г., 843 самолета, 32 поставлено Ирану и 18-Южной Корее), F-4G (20.03.1963 г., 12 самолетов в рамках серии F-4B), F-4J (производство 518 самолетов закончено в декабре 1972 г., первый продемонстрирован 27.05.1966 г.), F-4K (вариант F-4B для Великобритании, 27.06.1966 г., 52 самолета), F-4M (вариант F-4C для Великобритании, 17.02.1967 г., 118 самолетов), F-4N (модификация 178 самолетов F-4B, поставка с 21.02.1973 г.) и F-4S (модификация 260 самолетов F-4J, испытания первых двух опытных образцов в 1977 г.);

– истребитель дальнего проникновения F-4E (30.06.1967 г., 1127 самолетов, из них 168 поставлено Израилю, 36-Греции, 40-Турции, Ирану и Южной Корее) и F-4F (24.05.1973 г., 175 самолетов для ФРГ);

– самолет-разведчик RF-4B (F4H-1P, 12.03.1965 г., 46 самолетов), RF-4C (RF-110A, 9.08.1963 г., 505 самолетов), RF-4E (88 самолетов для ФРГ; самолеты эксплуатировались также в Греции, Израиле, Иране, Турции и Японии);

– истребитель-перехватчик F-4EJ (14.01.1971 г., 140 самолетов для Японии);

– опытный F-4CCV-самолет с дополнительным передним оперением, размещенным в носовой части фюзеляжа (в целях исследования возможности применения более эффективной системы управления в боевом самолете); облет совершен 29.04.1974 г.;

– истребитель F-4G для уничтожения радиолокационных станций («Уайлд визел»; на 1977-1979 гг. было запланировано производство 116 самолетов со специальным радиоэлектронным оборудованием)

Рис. 2.86. «Фантом» F-4B.

Описание самолета. «Фантом» II представляет собой свободнонесущий моноплан с низкорасположенным стреловидным крылом (угол стреловидности по линии фокусов 45°, удлинение 2,8) и стреловидным оперением. Относительная толщина профиля уменьшается по размаху крыла и характеризуется значениями: 5,1% в корневом сечении, 3,6% в сечении разъема концевой консоли и 2,7% в концевом сечении. Крыло имеет нулевой угол поперечного V и отогнутые вверх под углом 12° концевые части. В самолетах, базирующихся на авианосце, эти части выполнены складывающимися. С целью увеличения подъемной силы при малых скоростях полета крыло оснащено носовыми щитками, закрылками со сдувом пограничного слоя и системой сдува пограничного слоя с поверхности крыла. Передняя кромка имеет геометрический уступ, увеличивающий длину хорд концевых частей крыла на 10%. Плоская форма нижней части фюзеляжа обеспечивает его участие в создании подъемной силы. Система аэродинамического управления самолетом состоит из элеронов, интерцепторов, управляемого стабилизатора и классического вертикального оперения. Элероны отклоняются преимущественно вниз (диапазон углов отклонения-от 1° вверх до 30° вниз) и сопряжены с интерцепторами, отклоняемыми только вверх на угол до 45°. Система работает таким образом, что при отклонении элерона вниз на одной консоли крыла на другой консоли отклоняется вверх интерцептор. Кроме того, система управления элеронами позволяет отклонять их вниз (10°) после отклонения закрылков. Управляемый стабилизатор с большим отрицательным углом поперечного V (23°) и обратным профилем обеспечивает хорошую продольную управляемость и улучшает путевую устойчивость на больших углах атаки, действуя как подфюзеляжные кили с большим углом развала.

Конструктивно планер самолета разделен на семь частей: переднюю и центральную части фюзеляжа, хвостовую часть с вертикальным оперением, среднюю (занимающую около 70% размаха) и две концевые части крыла, а также горизонтальное оперение. Фюзеляж самолета полумонококовой конструкции выполнен в соответствии с правилом площадей преимущественно из сплавов алюминия и титана. Носовая часть с расположенными одна за другой кабинами экипажа отклонена вниз и состоит из двух половин-правой и левой, соединяемых между собой после завершения монтажа кабин. Панели и многие детали изготовлены методом химического фрезерования или обработкой под давлением. Например, центральная часть крыла при размахе 8,2 м имеет по осевой линии лишь один технологический разъем. Передние и задние лонжероны этой части крыла фрезеруются из кованых балок длиной 5,2 м. Обшивка ограниченного лонжеронами кессона с фрезерованными стрингерами и узлами соединения с силовым набором крыла выполняется из плит толщиной 50 мм. При этом толщина обшивки изменяется не только вдоль размаха, но и вдоль хорды. Для изготовления элементов центральной части фюзеляжа в области двигательного отсека широко использованы сплавы титана. Силовые шпангоуты фюзеляжа, к которым крепятся лонжероны крыла, выполнены из плит площадью 2,4 ? 1,5 м и толщиной 75 мм. Обшивка нижней части фюзеляжа, подвергающаяся воздействию выхлопных газов двигателей, выполнена из титана и защищена слоем керамики. Элероны и закрылки, а также концевые части крыла выполнены в виде сотовой конструкции с многослойной обшивкой из сплавов алюминия. В хвостовых частях стабилизатора, подверженного воздействию горячих газов, применена многослойная конструкция из нержавеющей стали. Такую же конструкцию, но с сотовым заполнением имеют носки горизонтального оперения, а обшивка его нижней части выполнена из титана.

Шасси самолета состоит из двух главных стоек с одинарными колесами, убираемых в крыло, и передней стойки со спаренными колесами, убираемой в фюзеляж. Давление в пневматиках колес главных стоек составляет 1,4 МПа (при эксплуатации самолета на аэродромах, когда используются колеса большего диаметра) и около 2,5 МПа-при базировании на авианосцах. В последнем случае колеса лишены противоюзовых автоматов. У некоторых модификаций (например, F-4K) передняя стойка может удлиняться во время разбега до 1 м. Это способствует увеличению угла атаки. Самолеты F-4 оснащены крюком для совершения посадки на авианосец и тормозным парашютом. Крюк рассчитан на перегрузку 4,8. При этом если посадочный крюк не вошел в зацепление с аэрофинишером авианосца, тяга двигателя автоматически увеличивается, что обеспечивает безопасный уход самолета на второй круг.

Самолет оборудован электронной системой управления огнем, состоящей из радиолокационной станции, вычислителя, индикатора тактической обстановки и инфракрасного указателя целей, расположенного снизу в носовой части фюзеляжа. Ленточного типа парашют имеет диаметр 4,9 м и может использоваться как противоштопорное средство.

Рис. 2.87. Проекции многоцелевого истребителя «Фантом» II F-4.

Двигательная установка. Самолет оснащен двумя турбореактивными двигателями J79 фирмы «Дженерал электрик» с форсажными камерами. На самолетах модификации F-4A устанавливаются двигатели J79-GE-2 с форсажной тягой 71,83 кН, на F-4B-двигатели J79-GE-8 тягой 48,44 кН без форсирования и 75,62 кН с форсированием, на F-4C-двигатели J79-GE-15, а на остальных-двигатели J79-GE-10 или 17 с форсажной тягой 79,63 кН. Силовая установка самолетов английской серии состоит из двух турбовентиляторных двигателей «Спей» 25R фирмы «Роллс-Ройс» тягой 57,86 кН без форсирования и 93,16 кН с форсированием. Двигатель «Спей» снабжен форсажной камерой специально для самолета «Фантом». Двигатели расположены в центральной части фюзеляжа в горизонтальной плоскости (несколько выше крыла). Регулируемые воздухозаборники расположены по бокам фюзеляжа на расстоянии 50 мм от него, чем обеспечивается отвод пограничного слоя. Воздухозаборник состоит из неподвижного клина и подвижной створки (с углом наклона, изменяемым в пределах от 10 до 14°), позволяющей изменять проходное сечение в зависимости от условий полета. Система воздухозаборников обеспечивает сверхзвуковую скорость потока на входе в компрессор. Для уменьшения температуры воздуха перед компрессором в поток впрыскивается вода.

Топливо находится в 6 баках, размещенных в центральной части фюзеляжа (над воздушными каналами и двигателями), и в 2 кессон-баках центральной части крыла. Общая емкость топливной системы составляет 7570 л. Кроме того, самолет может нести подвесные баки: два – под крылом (емкостью по 1400 л каждый) и один-под фюзеляжем (емкостью 2270 л). Под воздействием скоростного напора топливо из подвесных баков может подаваться в фюзеляжные баки. «Фантом» снабжен оборудованием для дозаправки в полете (топливоприемник расположен на правой стороне фюзеляжа).

Вооружение. Все вооружение самолета размещается на внешних замках. Основу его составляют 6 ракет с радиолокационным наведением «Сперроу» класса воздух-воздух (4 на под- фюзеляжных замках и 2 на подкрыльных). При использовании в качестве перехватчика «Фантом» несет 4 ракеты «Сперроу» с инфракрасной головкой самонаведения. Кроме ракет «Сперроу», самолет вооружен четырьмя ракетами «Сайдуиндер», подвешиваемыми на подфюзеляжных замках. В модификации истребителя-бомбардировщика «Фантом» способен нести обычное или ядерное вооружение общей массой 7250 кг на пяти замках (3 подфюзеляжных и 2 подкрыльных). Типовую обычную боевую нагрузку составляют 18 бомб по 340 кг, 15 бомб по 310 кг, 11 бомб по 454 кг, 7 дымовых бомб, 11 контейнеров с напалмом емкостью 660 л, 4 ракеты класса воздух-земля «Булпап» или 15 контейнеров неуправляемых ракетных снарядов класса воздух-земля (в любом наборе при заданном ограничении по массе).

В качестве стрелкового вооружения самолета «Фантом» II используются две скорострельные шестиствольные пушки «Вулкан» М-61 фирмы «Дженерал электрик», устанавливаемые в подвесных контейнерах на подкрыльных замках. На самолетах модификации F-4E, F-4EJ и F-4F имеется одна расположенная в передней части фюзеляжа пушка.

Летно-технические данные F-4B F-4E

Размах крыла, м 11,70 11,77

Длина, м 17,76 19,19

Высота, м 4,96 5,02

Площадь несущей по верхности, м2 49,20 49,20

Масса пустого самолета, кг 12808 13 757

Взлетная масса (ном./макс.), кг 20865/ 18 818/ /24765 /28030

Грузоподъемность, кг 7250 7250

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 424/503 382/570

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,38/1,63 1,18/1,76

Максимальное число Маха … 2,27

Максимальная скорость, км/ч 2400 2414

Максимальная скорость у земли, км/ч 1300 1464

Посадочная скорость, км/ч 240 273

Вертикальная скорость, м/с … 152

Практический потолок, м 19000 19 685

Дальность полета, км 3700 3184

Радиус действия, км 1450- 1266 1600

Взлетная дистанция (при нормальной массе), м 1525 13694-1792

Посадочная дистанция (при нормальной массе), м … 1704

«Виджилент» А-5 фирмы «Норт Америкен» – двухместный самолет-разведчик палубной авиации-США, 1958 г.

Рис. 2.88. Самолет-разведчик «Виджилент» RA-5C во время посадки на пулубу авианосца.

История создания. В 1955 г. ВМС США объявили конкурс на разработку боевого самолета, пригодного для эксплуатации с тяжелых авианосцев типа «Форрестол» и «Энтерпрайз» и способного выполнять задания с использованием ядерного оружия на сверхзвуковых скоростях полета независимо от погодных условий. В этом конкурсе победу одержала фирма «Норт Америкен», которая 29.06.1956 г. получила заказ на строительство опытных образцов с обозначением YA3J-1 и подготовку к запуску самолета в серийное производство. Облет первого опытного образца самолета, названного «Виджилент», был осуществлен 31.08.1958 г. После летных испытаний командование ВМС США в январе 1959 г. заключило с фирмой контракт на строительство 55 самолетов A3J-1.

Облет серийного образца был совершен в 1960 г., а первые самолеты поступили в воинские подразделения 16.06.1961 г. В декабре 1960 г., после полета на установление рекорда высоты с грузом 1000 кг, новый самолет был признан самой совершенной машиной этого типа, и командование ВМС США срочно приступило к перевооружению им нескольких авианосцев. В 1960-1961 гг. несколько рекордов скорости установил новый самолет-«Фантом» II. Проведенная сравнительная оценка оказалась в пользу второго самолета, который продемонстрировал большую универсальность и более высокую скорость на малых высотах. В результате этого было выпущено лишь небольшое число серийных самолетов «Виджилент» всего трех модификаций. В связи с унификацией системы обозначений самолетов США в 1962 г. самолет A3J был переименован на А-5.

За все время создания самолета были разработаны и запущены в производство следующие модификации:

– штурмовик-бомбардировщик А-5А (ранее обозначался A3J-1; до 1963 г. было изготовлено 2 опытных образца и 57 серийных самолетов) и А-5В (A3J-2, 29.04.1962 г., 20 самолетов);

– разведчик RA-5C (A3J-3P; облет опытного образца YA-5C состоялся 29.04.1962 г., серийного самолета-30.06.1962 г.; всего изготовлено 6 опытных образцов и 71 серийный самолет).

Изменившиеся взгляды военных и отказ от палубных стратегических самолетов привели к тому, что модификацию А-5 стали приспосабливать к выполнению задачи дальнего проникновения. Все самолеты модификации А-5 А и А-5В до января 1968 г. были переоборудованы в самолеты-разведчики RA-5C. Стоимость самолета первой серии А-5А составляла 9 млн. долл. и была связана с затратами на разработку опытного образца. В 1963 г. стоимость самолета была снижена до 6 млн. долл. В общей сложности в 1960-1971 гг. было выпущено 156 самолетов.

Описание самолета. Двухместный, двухдвигательный самолет А-5 представляет собой обычной схемы высокоплан с управляемым стабилизатором и однокилевым цельноповоротным вертикальным оперением. Профиль крыла имеет относительную толщину около 5% (некоторые источники указывают величину 3,5%), а угол стреловидности передней кромки равен 35°30'. В целях уменьшения площади, занимаемой самолетом на стоянке, концевые части крыла могут складываться вверх (при помощи гидропривода), а верхняя часть киля-отклоняться вбок. Каждая консоль крыла оснащена трехсекционными носовыми щитками, размещаемыми по всему размаху, и закрылками, занимающими в модификации А-5А 2/3, а в модификациях В и С всю длину неподвижных частей крыла. В модификациях В и С применен сдув пограничного слоя с крыла и с закрылков.

Управление самолетом осуществляется с помощью интерцепторов, управляемого дифференциального стабилизатора и цельноповоротного киля. При поперечном управлении одновременно отклоняются интерцепторы и плоскости стабилизатора. Трехсекционные интерцепторы щелевого типа работают таким образом, что корневые и центральные секции направляют воздушный поток выше закрылков, а концевые секции-под концевые части крыла (А-5А) или концевые секции закрылков (А-5В/С). В системе используются необратимые гидроусилители.

Трехстоечное шасси убирается в фюзеляж (главные стойки-в ниши под воздушными каналами заборников). Переднее колесо-управляемое, колеса главных стоек оснащены многодисковыми тормозами. Перед передней стойкой находится тормозной щиток (по всей ширине фюзеляжа). В задней части фюзеляжа располагается крюк для посадки на авианосец. Кабина с местами экипажа, расположенными друг за другом, оснащена катапультируемыми сиденьями класса 0-0 с ракетными ускорителями и стабилизирующими парашютами. Лобовое стекло с небольшим углом наклона выполнено из пуленепробиваемой, монолитной плиты (кварцевое стекло) длиной 1165 мм, шириной 740 мм и высотой 457 мм. Фонарь кабин пилота и штурмана открывается вверх-назад, причем остекление кабины штурмана состоит лишь из небольших иллюминаторов для наблюдений по сторонам.

Рис. 2.89. Проекции самолета «Виджилент» в модификациях А-5 и RA-5C.

Двигательная установка. На опытных образцах и первых серийных самолетах использовались турбореактивные двигатели J79-GE-2 фирмы «Дженерал электрик» тягой по 46,58 кН (4750 кГ) без форсирования и 66,68 кН (6800 кГ) с форсированием. Остальные самолеты модификаций АиВ оснащались двигателями J79-GE-8 тягой соответственно 48,49 кН (4945 кГ) и 75,61 кН (7710 кГ). На самолетах модификации RA-5C устанавливались двигатели J79-GE-10 тягой соответственно 52,91 кН (5395 кГ) и 79,63 кН (8120 кГ). Воздухозаборники двигателей выдвинуты вперед относительно корневых частей крыла. Они имеют прямоугольное поперечное сечение с выдвинутой вперед острой верхней входной кромкой, которая вместе с находящимся внутри воздухозаборника подвижным клином выполняет функцию генератора системы скачков уплотнения. Угол при вершине клина изменяется автоматически, обеспечивая заданный расход воздуха и дозвуковой поток на входе в компрессор. Самолет имеет две независимые системы подачи топлива: одна предназначается для питания двигателей, а другая – форсажных камер. У самолета модификации А-5А топливо располагается в крыльевых кессон-баках и трех фюзеляжных баках (между воздухозаборниками, над бомбовым отсеком и над двигателями). В модификациях В и С благодаря увеличению строительной высоты фюзеляжа за кабинами экипажа увеличена емкость переднего бака. На самолете А-5С (при использовании его для выполнения чисто разведывательных заданий) в бомбовом отсеке можно дополнительно разместить 2-3 топливных бака, а также подвесить на подкрыльных пилонах (вместо вооружения) 4 бака емкостью по 1415 л. Баки заправляются под давлением через одну горловину, расположенную снизу в передней части фюзеляжа. Самолет имеет оборудование для дозаправки топливом во время полета. Топливоприемник находится в фюзеляже с левой стороны кабины пилота.

Специальное оборудование самолета RA-5C.

В модификациях АиВ основным вооружением является водородная бомба, находящаяся в бомбовом отсеке, оборудованном четырьмя узлами подвески. На трех из них могут закрепляться топливные баки, опоражниваемые на начальном этапе полета и сбрасываемые вместе с бомбой при помощи порохового выбрасывателя. В модификации RA-5C вместо бомбоотсека в нижней части фюзеляжа устроен специальный контейнер с фотографическим оборудованием. В этом контейнере находятся фотоаппараты, РЛС бокового обзора (SLAR) и блоки электронного противодействия. В передней части контейнера находятся камеры с нормальным углом зрения, направленным вперед-вниз. За ними (в зависимости от задания) может быть размещена панорамная камера для съемки с малых высот или камера, позволяющая выполнять четкие снимки с высоты более 20 000 м. Фотокамеры обоих типов имеют два объектива с полем зрения 180° и вращающуюся двойную призму. Перемещение фотопленки осуществляется синхронно со скоростью вращения призм, соответствующей скорости самолета. Камеры помещаются на гиростабилизированной платформе, что обеспечивает высокое качество съемки.

Летно-технические данные RA-5C

Размах крыла, м 16,15

Длина, м 23,11

Высота, м 5,92

Площадь несущей поверхности, м2 71,44

Масса пустого самолета, кг 18552

Взлетная масса (ном./макс.), кг 30300/36285

Емкость топливных баков (внут./внешн.), л 13625/6056

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 424/508

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,91/2,27

Максимальное число Маха 2,1

Максимальная скорость на высоте 12000 м, км/ч 2230

Максимальная скорость у земли, км/ч 1017

Практический потолок, м 20400

Максимальная дальность, км 4800

Радиус действия, км 1600

Е -150- одноместный истребитель-перехватчик конструкции А. И. Микояна-СССР, 1958 г.

Рис. 2.90. Истребители-перехватчики И-75Ф (а), Е-150 (б), Е-152 (в) конструкции А. И. Микояна.

История создания. Одними из первых сверхзвуковых истребителей-перехватчиков, поступивших на вооружение советских ВВС, были МиГ-19П и МиГ-19ПМ. Однако вследствие быстрого прогресса авиации потолок, максимальная скорость и используемая бортовая аппаратура самолетов МиГ-19 вскоре оказались недостаточными для успешного решения задач перехвата скоростных и высотных целей. С учетом этого параллельно с созданием истребителя МиГ-21 конструкторское бюро разрабатывало одноместный опытный истребитель-перехватчик И-75Ф с большими проектными максимальной скоростью и потолком. Особое внимание уделялось вопросам наведения самолета на цель, для чего он был оборудован усовершенствованной РЛС и автоматизированной системой наведения, использующей информацию, поступающую с наземных станций ПВО.

Самолет И-75Ф по аэродинамической схеме был подобен МиГ-21, но имел увеличенные по сравнению с ним взлетную массу и габариты (длина самолета около 17 м, размах крыла 9,8 м, масса 11 380 кг). На самолете установлен один турбореактивный двигатель АЛ-7Ф конструкции А. М. Люлька.

Летные испытания самолета начались в 1957 г.; были достигнуты максимальная скорость в горизонтальном полете 2300 км/ч и потолок 21 ООО м. Самолет имел только ракетное вооружение, состоящее из двух самонаводящихся ракет класса воздух-воздух, подвешиваемых на подкрыльных пилонах. В серийное производство запущен не был, так как предпочтение было отдано истребителю конструкции П. О. Сухого, испытания которого начались на год раньше. Тем не менее опыт разработки и испытаний И-75Ф был использован при создании истребителя МиГ-21 (в частности, модификаций перехватчика-ПФ и ПФМ) и более совершенного Е-150.

Для создания высотного скоростного всепогодного перехватчика Е-150 потребовалось разработать новые термостойкие материалы (жаропрочные стали, титановые сплавы, композиты) и соответствующую технологию производства. В 1958 г. опытный экземпляр был построен и начались летные испытания. В 1958-1960 гг. были созданы две новые опытные модификации истребителя, получившие обозначения Е-152А и Е-152М и отличавшиеся применением усовершенствованной системы радиолокационного наведения на цель, модернизированной силовой установки и трех подфюзеляжных килей. Однако общие очертания самолета остались практически неизменными. Летные характеристики самолетов серии 150 для своего времени были уникальными. Так, максимальная скорость горизонтального полета этих самолетов на высоте 20000 м составляла 3000 км/ч, а практический потолок 25 000 м. Эти показатели были достигнуты без применения ракетных ускорителей. Позднее на базе самолетов серии 150 был разработан рекордный самолет Е-166, на котором было установлено несколько мировых рекордов скорости и высоты полета.

При испытаниях Е-150 исследовались характеристики системы управления самолета, регулируемого воздухозаборника, а также автоматизированной системы управления огнем и наведения истребителя на цель. Большое внимание уделялось проблемам теплового барьера и подбору соответствующих материалов для различных конструктивных элементов планера.

В серийное производство Е-150 запущен не был, однако на основании опыта разработки и испытаний самолета (а также его модификаций Е-152 и Е-166), проводившихся в течение ряда лет, были созданы опытный самолет Е-266 и на его базе серийный всепогодный сверхзвуковой истребитель.

Описание самолета. Е-150 представляет собой свободнонесущий моноплан с треугольным среднерасположенным крылом и стреловидным оперением. Крыло самолета с относительной толщиной профиля ~3,5% и углом стреловидности по передней кромке 60° выполнено по многолонжеронной схеме и имеет обшивку из монолитных фрезерованных панелей. Корневые части крыла оборудованы закрылками, а концевые-элеронами. Приблизительно на половине размаха каждой консоли размещены пилоны с замками крепления боевой нагрузки. При этом конструкция пилонов такова, что они охватывают переднюю кромку крыла, образуя небольшой аэродинамический гребень на верхних поверхностях консолей.

Фюзеляж самолета с круглым сечением в носовой и центральной частях и эллиптическим в хвостовой выполнен в соответствии с правилом площадей. В удлиненной носовой части расположены центральный воздухозаборник, кабина пилота, отсеки оборудования и ниша уборки передней стойки шасси. Герметичная кабина пилота с фонарем, выполненным из единой плиты стекла (не считая отдельного лобового остекления), оборудована катапультируемым сиденьем класса 0-0. В центральной части фюзеляжа расположены воздушные каналы двигателей, топливные баки и двигательный отсек. Хвостовая часть самолета-отъемная. На ней крепятся управляемый стабилизатор и обычный киль с рулем направления. Передняя кромка киля в корневой части выполнена криволинейной, плавно переходящей в надфюзеляжный гаргрот, сочлененный с фонарем кабины пилота. Для повышения путевой устойчивости на хвостовой части самолета установлены также два подфюзеляжных киля большой площади с углом развала 70°. Для привода управляющих поверхностей самолета используется гидравлическая система с необратимыми бустерами. На случай выхода из строя основной системы предусмотрена аварийная-электрическая. Шасси самолета-трехстоечное, нормальной схемы с одинарными колесами и пневматиками высокого давления. Передняя стойка убирается вперед, в фюзеляж, главные-в крыло, по направлению к фюзеляжу.

Самолет снабжен радиолокационной станцией со значительной дальностью обнаружения цели, работающей в режиме обзора и сопровождения. Кроме того, в составе бортовой аппаратуры имелись автопилот, система управления огнем и приемная телекомандная система. С помощью указанных устройств самолет мог осуществлять автоматизированный полет в зону нахождения цели в любых погодных условиях и в любое время суток.

Двигательная установка. Самолет оснащался двумя турбореактивными двигателями, которые располагались рядом в горизонтальной плоскости, в хвостовой части фюзеляжа. Тяга двигателей на форсаже составляла около 73,6 кН (7500 кГ). На самолете использован общий для обоих двигателей лобовой регулируемый воздухозаборник с центральным телом, выполненным в виде подвижного конуса.

Вооружение. Самолет вооружен двумя управляемыми ракетами класса воздух-воздух, которые устанавливаются на подкрыльных пилонах.

«Тэлон» Т-38 фирмы «Нортроп»-двухместный учебно-тренировочный самолет-США, 1959 г.

Рис. 2.92. Учебно-тренировочный самолет Т-38А.

История создания. В 1955 г. фирма «Нортроп» приступила к эскизному проектированию истребителя N-156, однако в связи с объявленным ВВС США конкурсом на разработку сверхзвукового учебно-тренировочного самолета и победой в этом конкурсе фирмы «Нортроп» было отдано предпочтение работам над тренировочной модификацией N-156T. В декабре 1956 г. был получен официальный заказ на строительство трех опытных образцов самолета в рамках системы оружия SS-420L. В июне 1958 г. этот заказ был изменен; речь в нем шла уже о строительстве семи опытных самолетов YT-38. После проведения необходимых дополнительных работ был создан самолет «Тэлон» с армейским обозначением Т-38. Его облет был осуществлен 10 апреля 1959 г. В мае 1960 г. был облетан первый серийный самолет T-38A, а 17 марта 1961 г. первые самолеты поступили на вооружение учебных военно-воздушных подразделений. Первоначально было заказано 744 самолета, однако в конечном итоге к январю 1972 г. их было выпущено 1187 шт. В 1958 г. на базе учебно-тренировочного самолета фирма возобновила разработку истребителя, который с обозначением N-156F (измененным впоследствии на F-5) был облетан 30 июля 1959 г.

Описание самолета. Т-38 представляет собой построенный по классической схеме низкоплан с прямым трапециевидным крылом относительной толщины 4,8% и положительным углом стреловидности передней кромки 24°. Задняя кромка имеет небольшую отрицательную стреловидность. Коэффициент сужения крыла более 2. Крыло-моноблок оснащено элеронами и щелевыми закрылками, отклоняемыми электроприводом в диапазоне 0-44° и блокируемыми в произвольном положении.

Удлиненный фюзеляж выполнен в соответствии с правилом площадей. Контур его плоской нижней части образован тремя дугами. Плоская форма фюзеляжа во взаимодействии с крылом способствует созданию подъемной силы. В передней части фюзеляжа расположены отсек оборудования и кабина экипажа с местами друг за другом. Трехсекционный фонарь кабины состоит из открываемой вверх-вперед передней и вверх-назад средней и задней частей. В центральной части фюзеляжа располагаются топливные баки и два двигателя, расположенные рядом в горизонтальной плоскости. Небольшая длина двигателей позволила применить скошенную линию разъема центральной и хвостовой частей фюзеляжа. На хвостовой части установлен лишь управляемый стабилизатор. Классическое вертикальное оперение с небольшим рулем направления и дефлектором на конце киля крепится с помощью двух узлов к силовым шпангоутам центральной части фюзеляжа. На нижней поверхности этой части фюзеляжа размещены два тормозных щитка, которые могут отклоняться с помощью гидропривода в диапазоне 0-50°. В системе управления использованы бустеры и автоматы загрузки командных рычагов, работающие в зависимости от скорости полета и угла отклонения ручки управления и педалей. Передаточное отношение от органов управления к рулям меняется в зависимости от положения шасси. В канале тангажа применен демпфер низкочастотных продольных апериодических и периодических колебаний. Шасси – трехстоечное, с одинарными колесами и пневматиками высокого давления. Передняя стойка убирается вперед, а главные-в крыло, вдоль размаха. При этом стойки убираются в консоли крыла, а колеса-в нижнюю часть фюзеляжа. Самолет не имеет вооружения.

Двигательная установка. Первые два опытных образца были оснащены двумя турбореактивными двигателями YJ58-GE-1 фирмы «Дженерал электрик» с форсажными камерами. На последующих опытных экземплярах и серийных самолетах устанавливались двигатели J85-GE-5 тягой 11,12 кН (1134 кГ) без форсирования и 17,12 кН (1746 кГ) с форсированием. Воздухозаборники – боковые, дозвуковые, нерегулируемые, с выдвинутой вперед верхней кромкой. Каждый из двух топливных баков, расположенных в центральной части фюзеляжа, питает, как правило, свой двигатель, однако при необходимости имеется возможность подсоединения любого бака к любому двигателю. Система питания обеспечивает работу двигателей при пикировании или «горке» под углом 90°, в планирующем полете с углом скольжения до 25°, а также, с некоторыми ограничениями, в перевернутом полете.

Рис. 2.93. Проекции учебно-тренировочного самолета «Тэлон» Т-38.

Летно-технические данные

Размах крыла, м 7,70

Длина, м 14,13

Высота, м 3,92

Площадь несущей поверхности, м 15,79

Масса пустого самолета, кг 3475

Максимальная взлетная масса, кг 5485

Максимальная посадочная масса, кг 5485

Емкость внутренних топливных баков, л 2206

Максимальная удельная нагрузка на крыло, кг/м2 347

Максимальное отношение массы самолета к форсажной тяге, кг/даН 1,60

Максимальное число Маха 1,23

Максимальная скорость на высоте 11000 м, км/ч 1306

Полетная скорость на высоте 11000 м, км/ч 935

Вертикальная скорость, м/с 152

Практический потолок, м 16 335

Перегоночная дальность, км 1815

Длина разбега, м 756

Взлетная дистанция при максимальной массе, м 1128

Длина пробега, м 930

Посадочная дистанция при максимальной массе, м 1372

«Мираж» IVA фирмы «Дассо» – двухместный бомбардировщик стратегической авиации – Франция, 1959 г.

Рис. 2.94. Стратегический бомбардировщик «Мираж» IVA во время взлета.

История создания. В 1956 г. Франция приступила к разработке собственного ядерного оружия, в результате чего были созданы так называемые ядерные силы устрашения. Первое поколение соответствующих средств было приведено в боевую готовность в середине 1966 г.; в их состав вошли стратегические бомбардировщики «Мираж» IVA (носители атомных бомб) и само- леты-заправщики «Боинг» KC-135F. В конце 70-х годов планировалось заменить их вторым поколением сил устрашения – баллистическими ракетами. Заказ на разработку и строительство опытного образца самолета, способного нести атомную бомбу, фирма «Дассо» получила в апреле 1958 г. Для того чтобы ускорить реализацию программы, в основу нового самолета были заложены аэродинамическая и конструктивная схемы ранее созданного истребителя «Мираж» III при некотором увеличении габаритов и массы и соответствующей замене оборудования. Опытный образец с обозначением «Мираж» IV-01 (два двигателя «Атар» 09В, взлетная масса около 25 000 кг) был построен уже в декабре 1958 г., наземные испытания были проведены в феврале, а облет состоялся 17 июня 1959 г. Во время 33-го полета были достигнуты M = 2,0 и высота 18 000 м. Ввиду хороших летных качеств самолета в 1960 г. были заказаны еще 3 предсерийных образца, первый из которых был облетан 12.10.1961 г., а последний-23.01.1963 г. Серийное производство самолета началось в 1963 г. За период с 1964 по 1967 г. в воинские подразделения поступило 62 самолета «Мираж» IVA (проект модификации В, с большей взлетной массой и новой силовой установкой, так и не был реализован). На опытном образце 01 в 1960 г. был установлен рекорд скорости (1822,0 км/ч) в полете по замкнутому 1000-км маршруту.

Описание самолета. «Мираж» IVA представляет собой свободнонесущий моноплан без горизонтального оперения с тонким среднерасположенным треугольным крылом, имеющим угол стреловидности по передней кромке 60°. Крыло изготовлено с применением профилей относительной толщины 3,8% в корневых частях и 3,2% в концевых частях. Крыло с щелевым уступом передней кромки оснащено независимыми управляющими поверхностями двух типов: элеронами и рулем высоты. Элероны размещены во внешних частях крыла, а руль высоты-в околофюзеляжных. Управление этими поверхностями осуществляется с помощью необратимых гидравлических усилителей. Из-за малой строительной высоты крыла по линии навески элеронов и рулей сервомоторы размещены за его контуром (в профилированных обтекателях). Такого рода конструктивное решение (непосредственное крепление штока плунжера гидроусилителя к управляемой поверхности) является весьма удачным (с точки зрения массы самолета и его эксплуатации) и почти не увеличивает аэродинамического сопротивления самолета. На верхних и нижних поверхностях крыла, в непосредственной близости от передней кромки его околофюзеляжных частей, размещены тормозные щитки.

Рис. 2.95. Проекции стратегического бомбардировщика «Мираж» IVА.

Обтекаемой формы фюзеляж, несколько сужающийся вблизи центра тяжести самолета, состоит из двух различающихся (формой поперечного сечения) частей: носовой конусообразной (вначале круглого, а затем овального сечения) и хвостовой (почти прямоугольного сечения с закругленными углами). В передней части находится приборный отсек и кабина экипажа с местами для пилота и штурмана, оснащенная британскими катапультируемыми сиденьями типа «Мартин Бейкер» Мк 44 (изготовляемыми по лицензии во Франции на предприятиях «Испано-Сюиза») и закрываемая отдельными открывающимися вверх фонарями. В целях улучшения наблюдения за экранами радиолокационной станции задний фонарь снабжен затемняющей шторкой. В центральной и хвостовой частях фюзеляжа находятся каналы подачи воздуха к двигателям, сами двигатели, топливные баки, оборудование, бомбовой отсек, ниши уборки главных стоек шасси и т. д. Эти части фюзеляжа спроектированы в соответствии с правилом площадей. Из-за большого поперечного сечения фюзеляжа и небольшого продольного сечения крыла имеющееся сужение фюзеляжа почти не заметно. Конструкция фюзеляжа-классическая, полумонококовая. В его центральной и хвостовой частях имеются силовые шпангоуты, к которым крепятся лонжероны крыла. К последнему силовому шпангоуту крепятся задние лонжероны крыла и главный лонжерон киля. Шасси-трехстоечное; главные стойки убираются в крыло (их тележки-в фюзеляж). Передняя стойка полностью убирается назад, в фюзеляж. Она оборудована внутренним амортизатором и спаренными колесами (давление в пневматиках 0,8 МПа). Главные стойки шасси (также с внутренними амортизаторами) оснащены четырехколесными тележками (давление в пневматиках 1,2 МПа). Колеса переднего и главного шасси идентичны по конструкции.

Двигательная установка. На самолете используются два турбореактивных двигателя с форсажными камерами известного семейства «Атар» фирмы SNECMA в модификации 09К тягой 46,09 кН (4700 кГ) каждый без форсирования и 68,68 кН (7000 кГ) с форсированием. Двигатели располагаются рядом в горизонтальной плоскости в хвостовой части фюзеляжа. Каждый двигатель имеет индивидуальный воздухозаборник со щелью для отвода пограничного слоя. Воздухозаборники боковые, сверхзвуковые, с острой входной кромкой и подвижным полуконусом.

Топливная система самолета состоит из кессонных баков в крыле и двух мягких баков в фюзеляже. Один из фюзеляжных баков является главным, а второй – балансировочным. Главный бак находится за кабиной, балансировочный-в хвостовой части фюзеляжа, между соплами двигателей (под контейнером тормозного парашюта). «Мираж» IVA является одним из немногих самолетов, которые оснащены балансировочными топливными баками и соответствующей насосной системой. Балансировочный топливный бак предназначен главным образом для изменения положения центра тяжести самолета при изменении положения центра давления, т. е. для обеспечения необходимой продольной устойчивости при переходе через скорость звука. Несмотря на усложнение конструкции (дополнительная, питаемая от компрессора турбонасосная установка для перекачки топлива, топливные магистрали и автомат управления положением центра тяжести в зависимости от изменения положения центра давления и количества использованного топлива) и возросшую массу самолета, оказалось, что осуществляемая таким образом весовая балансировка самолета позволяет улучшить его характеристики, и в частности дальность полета. Кроме внутренних баков, возможно использование двух подвесных баков емкостью 2500 л каждый. С помощью гибкого шланга самолет может осуществлять дозаправку в воздухе (по системе «шланг – воронка»).

Летно-технические данные

Размах крыла, м 11,85

Длина, м 23,50

Высота, м 5,65

Площадь несущей поверхности, м2 78,0

Масса пустого самолета, кг 14500

Взлетная масса (ном./макс.), кг 31600/33 500

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 405/429

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 2,30/2,44

Максимальное число Маха 2,2

Максимальная скорость на высоте 12200 м, км/ч 2340

Полетная скорость у земли, км/ч 960

Бомбовая нагрузка, кг 1000

Практический потолок, м 20000

Время подъема на высоту 11000 м 4 мин 15с

Максимальная дальность, км 4000

Радиус действия, км 1600

F-5 фирмы «Нортроп»-многоцелевой одноместный истребитель – США, 1959 г.

Рис. 2.96. Истребитель-перехватчик F-5A.

История создания. В 1954 г. фирма «Нортроп» провела исследования затрат, связанных с созданием и эксплуатацией американских истребителей так называемой 100-й серии. Анализ результатов исследований показал, что затраты по эксплуатации, обслуживанию и ремонту самолетов являются самыми высокими, причем уровень этих затрат находится в прямой зависимости от сложности конструкции и оборудования. В результате проведенного анализа затрат и потенциальных возможностей сбыта было принято решение приступить к разработке многоцелевого истребителя, который при меньших габаритах и массе, а также простой конструкции сохранял бы характеристики, отвечающие требованиям, выдвигаемым к самолетам этого класса. Работы над проектом самолета с фирменным обозначением N-156 были начаты в 1955 г. Однако в результате объявленного ВВС США конкурса на создание сверхзвукового учебно-тренировочного самолета, победителем которого стала фирма «Нортроп», приоритет был отдан тренировочной модификации Т-38. Лишь в 1958 г. Министерство обороны США поручило фирме вновь заняться самолетом.

Опытный образец истребителя с обозначением N-156F был облетан 30 июля 1959 г., а к августу 1960 г. была завершена программа приемо-сдаточных испытаний. В 1960-1961 гг. была осуществлена обширная программа эксплуатационных испытаний самолета в различных географических и погодных условиях дня и ночи. При этом преследовалась цель определения пригодности самолета в качестве многоцелевого истребителя (для воздушных боев, атак наземных целей и разведки), эксплуатируемого с различных аэродромов (в том числе и с наскоро приготовленных взлетно-посадочных полос). Новый самолет оказался первым американским истребителем, способным использовать грунтовые аэродромы. В серийное производство он поступил в 1963 г. и выпускается до настоящего времени.

Разработаны такие модификации самолета:

– истребитель-перехватчик и истребитель- бомбардировщик F-5A (облет первого серийного самолета состоялся 19.05.1964 г., выпущен 621 самолет), F-5C (май 1965 г., первоначальное обозначение F-5A-15), CF-5A (89 самолетов для Канады), NF-5A (75 самолетов для Голландии), SF-5A (35 самолетов для Испании, где им было присвоено военное обозначение С-9), F-5G (78 самолетов для Норвегии) и F-5E (11.08.1972 г.; в 1978 г. имелись заказы на изготовление 1021 самолета для 16 государств);

– двухместный учебно-боевой самолет F-5B (24.02.1964 г., 134 самолета), CF-5D (26 самолетов), NF-5B (30 самолетов), SF-5B (34 самолета) и F-5F (двухместная модификация F-5E с удлиненным фюзеляжем, облет 25.09.1974 г.; заказано свыше 100 самолетов);

– разведывательный самолет RF-5A (89 самолетов) и RF-5G (16 для Норвегии);

– опытный YF-5B-21 (28.03.1969 г., прототип для F-5E).

– истребитель F-5G «Тайгершарк», испытания которого завершаются, а поставка ВВС намечена на 1983-84 гг.

Во время работ над опытным образцом N-156F фирма дала самолету название «Фридом Файтер». В 60-х годах это название было предано забвению. В 1972 г. модификации F-5E было присвоено название «Тайгер» II. Первые экспортные поставки самолета (в Иран) начались 1.02.1965 г. В настоящее время самолеты F-5 находятся на вооружении 25 государств. По лицензии они изготовлялись в Канаде, Испании и на Тайване. В 60-х годах цена самолета F-5A составляла 950 000 долл. Цена модификации F-5E возросла до 1,6 млн. долл.

Описание самолета. F-5 представляет собой низкоплан с прямым трапециевидным крылом, имеющим удлинение 3,75, относительную толщину профиля 4,8% и угол стреловидности (по линии фокусов) 24°. В околофюзеляжных частях крыла стреловидность скачкообразно возрастает до 32°55' вследствие использования малоразмерного наплыва. Схема низкоплана позволила применить моноблочные полукрылья и центроплан, что снизило нагрузки на фюзеляж и облегчило его конструкцию.

Фюзеляж, выполненный с учетом правила площадей, разделен на три основные части.

Рис. 2.97. Проекции истребителя-перехватчика F-5A и учебно-боевого самолета F-5B.

В первой, носовой, находятся система управления огнем, радиоэлектронная и навигационная аппаратура, кабина экипажа и ниша уборки передней стойки шасси. Кабина оснащена катапультируемыми сиденьями класса 0-0. Остекление кабины состоит из двух частей, каждая из которых выполнена из одного листа стекла. Фонарь открывается механически (вверх-назад). Заслуживает внимания применение подвижного козырька, отодвигаемого вперед-вверх. Это облегчает доступ к приборной доске во время ремонта и обслуживания. В центральной части фюзеляжа расположены центроплан, топливные баки, воздухозаборники с воздушными каналами, рама крепления двигателей и киль, оканчивающийся дефлектором, выполненным в виде пластины, на которой крепится радиоантенна. Киль самолета трапециевидной формы, с небольшим рулем направления, сопряжен с обтекаемой надфюзеляжной надстройкой. Конструкция руля направления, элеронов, закрылков и хвостовых частей стабилизатора-многослойная с сотовым заполнением. Управляемый стабилизатор малой площади расположен в нижней части фюзеляжа, в плоскости крыла. Небольшого размаха и с большой хордой элероны расположены в центральных частях крыла. К механизации крыла относятся расположенные почти по всему размаху носовые щитки и небольшой длины щелевые закрылки. Тормозные щитки, выполненные в виде двух прямоугольных пластин, расположены под центральной частью фюзеляжа и управляются с помощью бустеров. Положение щитков может быть произвольным вплоть до момента их максимального отклонения на 46°.

Контейнер тормозного парашюта находится в хвостовой, верхней части фюзеляжа. Парашют закреплен таким образом, что направление действия тормозной силы во время пробега проходит через центр тяжести самолета, не вызывая при этом нежелательных дополнительных моментов.

Шасси-трехстоечное, с одинарными колесами. Главные стойки убираются в крыло и фюзеляж (колеса), передняя-вперед в фюзеляж. Положение шасси влияет на углы отклонения руля направления и элеронов. Полный угол отклонения элеронов (вверх и вниз) при выпущенном шасси составляет 60°, а при убранном 32,5°. Для руля направления эти значения соответственно составляют 30 и 12°. Увеличение возможных углов отклонения руля направления и элеронов при выпущенном шасси диктуется необходимостью обеспечения достаточной управляемости самолета при малых скоростях полета, индицируемых выпуском шасси.

Двигательная установка. Первые самолеты оснащались двумя турбореактивными двигателями J85-GE-13 фирмы «Дженерал электрик» тягой 12,10 кН (1234 кГ) без форсирования и 18,14 кН (1850 кГ) с форсированием. Позже стали применять усовершенствованные двигатели J85-GE-15 тягой 13,03-19,12 кН (1327-1950 кГ). На самолетах F-5E устанавливались двигатели J85-GE-21 тягой 14,32 кН (1460 кГ) и 22,23 кН (2267 кГ) каждый соответственно без форсирования и с форсированием. Боковые воздухозаборники с острыми входными кромками и устройством отвода пограничного слоя не регулируются. В 1965 г. на самолете применили впускные створки значительной площади, которые размещались по бокам фюзеляжа, на высоте входа в компрессор. Управляемые электрически, они обеспечивают подвод в двигатель дополнительного количества воздуха при скоростях полета менее 530 км/ч (преимущественно во время взлета и при выполнении виражей на больших высотах). Топливная система состоит из двух баков (емкостью 2207 л), расположенных в центральной части фюзеляжа. Каждый бак по автономной системе трубопроводов питает свой двигатель. Самолет может нести на 5 замках дополнительные баки общей емкостью 2082 л (под фюзеляжем 568 л, под крылом 2 ? 568 л и на концах крыла 2 ? ? 189 л; последние баки спроектированы в соответствии с правилом площадей).

Вооружение. Самолеты F-5 отличаются мощным и разнообразным для своих габаритов вооружением. Основным стрелковым вооружением являются две пушки М-39 калибра 20 мм, смонтированные в передней части фюзеляжа (боезапас – 280 снарядов на пушку). Кроме того, самолет может быть дополнительно вооружен спаренными пулеметами 7,62-мм калибра в контейнерах, закрепляемых на подкрыльных узлах (2-4 пулемета) с боезапасом по 1500 пуль на пулемет. Ракетное вооружение зависит от характера выполняемого задания и может состоять из управляемых ракет или НУРС. К основному ракетному вооружению относятся ракеты класса воздух – воз дух «Сайдуиндер» и класса воздух- земля «Булпап». На пяти замках (4 подкрыльных и 1 подфюзеляжный) можно подвешивать бомбы различных габаритов, массы и назначения, контейнеры со снарядами «Зуни», ракеты «Шрайк» или дополнительные топливные баки. Самолет не приспособлен для переноса ядерного оружия.

Летно-технические данные F-5A F-5E

Размах крыла, м 7,70 8,13

Длина, м 14,68 14,68

Высота, м 4,06 4,06

Площадь несущей поверхности, м2 15,79 17,30

Масса пустого самолета, кг 3667 4392

Взлетная масса (ном./макс.), кг 6080/9379 7030/ /10 922

Максимальная посадочная масса, кг 9006

Грузоподъемность, кг 2812 3175

Емкость топливных баков (внешн./внутр.), л 2207/2082 2563/2648

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 385/594 406/630

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,59/2,45 1,58/2,47

Максимальное число Маха 1,4 1,64

Максимальная скорость на высоте 11000 м, км/ч 1487 1742

Максимальная скорость у земли, км/ч 1223

Посадочная скорость, км/ч 237 230

Вертикальная скорость, м/с 145 165

Практический потолок, м 15390 16 460

Максимальная дальность, км 2594 2860

Радиус действия (ном./макс.), км 314/898 222/1083

Продолжительность полета, ч 3,15

Длина разбега, м 808 640

Взлетная дистанция (при нормальной массе), м1113 914

Длина пробега, м 701 732

Посадочная дистанция (при нормальной массе), м 1189 747-1417

Х -15 А фирмы «Норт Америкен» – одноместный экспериментальный самолет с ракетным двигателем – США, 1959 г.

Рис. 2.98. Экспериментальный самолет Х-15 на аэродроме.

История создания. В июне 1954 г. были разработаны тактико-технические требования к экспериментальным самолетам для космических исследований. Эти требования касались проблем аэродинамики в диапазоне скоростей до M = = 7,0, устойчивости и управляемости, конструкции планера и его оборудования, двигателей, а также психофизиологических аспектов космических полетов. В декабре 1954 г. был объявлен конкурс, в результате которого в 1955 г. создание самолета было поручено фирме «Норт Америкен» в кооперации с двигателестроительной фирмой «Риэкшн моторз». Строительству и облету опытного образца предшествовали не только обычные аэродинамические и прочностные испытания, но также исследования аэродинамического нагрева (исследования проводились на моделях, выполненных в масштабе 1:15, в диапазоне чисел Маха 0,6-7,0) и специальная подготовка пилотов. Будущие пилоты самолета Х-15 должны были выполнить 2000 «полетов» на тренажере, пройти испытания на центрифуге, в условиях высоких и низких температур окружающей среды, малых давлений и в состоянии невесомости (испытания в условиях невесомости проводились на транспортном самолете).

Первый из трех опытных образцов Х-15А был впервые показан публично 15.10.1958 г. Десятого марта 1959 г. был совершен первый полет Х-15 на подвеске соответствующим образом переоборудованного самолета «Боинг» В-52А (для испытаний трех самолетов Х-15 были подготовлены два В-52), а 8 июня были предприняты отделение Х-15 от самолета-носителя и его последующий планирующий полет. Испытание прошло успешно: самолет Х-15 совершил полет со скоростью ~ 400 км/ч и спустя 5 мин приземлился на дне высохшего соленого озера, находящегося на территории авиационной базы им. Эдвардса в Калифорнии. Первый полет с работающим двигателем (на втором опытном образце) был совершен 17.9.1959 г. Во время третьего полета этого самолета (6 ноября) в одной из камер двигателя произошел взрыв. Во время вынужденной посадки самолет потерпел аварию. Полеты (на первом опытном образце) были продолжены 4.02.1960 г. (третий был облетан 20.12.1961 г.). Во время испытаний самолет достиг следующих рекордных скоростей и высот полета:

– 4.08.1960 г. скорость 3514 км/ч; 12.08.1960 г. высота 41 605 м;

– 7.03.1961 г. скорость 4264 км/ч; 31.03.1961 г. высота 50300 м;

– 21.04.1961 г. скорость 5033 км/ч; 12.09.1961 г. скорость 5832 км/ч;

– 9.11.1961 г. скорость 6548 км/ч; 30.04.1962 г. высота 77 720 м;

– 17.07.1962 г. высота 95 935 м; 22.08.1963 г. высота 107 906 м.

В 1962 г. было принято решение о реконструкции второго опытного образца. Самолет был оснащен двумя дополнительными топливными баками и получил новое обозначение Х-15А-2. Первый (планирующий) полет на нем был совершен 28.6.1964 г. с пустыми баками, а первый полет с заправленными баками и работающим двигателем осуществлен лишь в ноябре 1965 г. Во время испытаний этого прототипа дважды были достигнуты рекордные скорости:

– 18 ноября 1966 г. скорость 6840 км/ч;

– 3 октября 1967 г. M = 6,72.

Программа исследований была завершена 20.2.1968 г. после выполнения 191 полета на всех трех опытных образцах. Все три пилота-испытателя получили такие же награды, как и американские космонавты. Первым награду получил Р. Уайт (за полет 17.07.1962 г.), затем Р. Раш- ворт (27.06.1963 г., высота 95 300 м) и Дж. Уолкер (за полет 22.08.1963 г.).

Рис. 2.99. Экспериментальный самолет Х-15А-2 с подвесным топливным баком.

Описание самолета. Х-15А представляет собой среднеплан, прямое трапециевидное крыло которого имеет относительную толщину профиля 5%, прямолинейную закругленную (радиусом ~ 6 мм в целях уменьшения аэродинамического нагрева) переднюю кромку с углом стреловидности 25° и тупую заднюю кромку толщиной от 54 мм в корневых частях крыла до 9,5 мм на концах. Крыло выполнено без кручения, а угол его поперечной установки равен нулю. Единственными подвижными поверхностями крыла являются закрылки. Система управления-комбинированного типа (реактивно-аэродинамическая). Аэродинамическими исполнительными элементами являются управляемый дифференциальный стабилизатор (с отрицательным углом поперечного V 15°) и управляемые кили (основной и подфюзеляжный). Каждый киль имеет неподвижную (околофюзеляжную) и поворотную (концевую) секции. Поворотные секции служат рулем направления. Подфюзеляжный киль выполнен разъемным. Его поворотная секция устанавливается после подвески Х-15 под самолетом-носителем и отбрасывается перед посадкой. Неподвижные секции килей оканчиваются четырехстворчатыми тормозными щитками большой эффективности. В случае отклонения щитков на угол 90° при полете с M = 2 на высоте 18 000 м тормозная сила достигает значения 53,94 кН (5500 кГ), а на высоте 46 000 м при M = 5,0 ее значение составляет 9,81 кН (1000 кГ). Другими особенностями принятого крестообразного оперения являются малая относительная толщина плоскостей стабилизатора и клиновидный профиль килей, задняя кромка которых имеет толщину порядка 300 мм. Система аэродинамического управления дополнена реактивным управлением, обеспечивающим требуемые летные характеристики самолета при полетах на высоте свыше 36 000 м. Система реактивного управления работает на газообразных продуктах разложения перекиси водорода и оснащена соплами, расположенными в концевых сечениях крыла (4 сопла управления креном) и в передней части фюзеляжа (2 сопла управления по тангажу и 2 управления по курсу). Тяга сопел управления по тангажу и курсу ~44,5 даН (45,4 кГ), а по крену ~ 17,8 даН (18,2 кГ). В целях увеличения безопасности полета реактивное управление по курсу и тангажу выполнено в виде сдвоенной системы. Управление аэродинамической и реактивной системами осуществляется независимо: аэродинамической-с помощью обычной ручки управления и педалей, а реактивной-двумя расположенными по бокам кабины рычагами.

Носовая часть фюзеляжа выполнена в виде конуса с овальным сечением; в ней размещается кабина пилота с монолитным эллиптическим фонарем, остекление которого выполнено из двух пластин толщиной 9,5 и 6,4 мм.

Рис. 2.100. Х-15А под крылом самолета-носителя «Боинг» В-52.

Рис. 2.101. Х-15А-2 в полете после сброса подвесных баков.

Стекла разделены между собой воздушным пространством. Толщина воздушной прослойки составляет 19 мм. Фонарь открывается вверх-назад. Кабина оснащена катапультируемым сиденьем с двумя стабилизирующими поверхностями и выдвижным экраном, предохраняющим пилота от воздействия большого динамического давления. Пилот выполняет полет в высотном скафандре, изготовленном из пятислойной ткани, покрытой алюминиевой краской. В случае аварии на больших высотах весь самолет до момента входа в плотные слои атмосферы выполняет роль капсулы. После этого пилот совершает обычное катапультирование. Носовая часть фюзеляжа второго опытного образца сначала имела заостренный передний обтекатель с удлиняющей иглой. В 1960 г. в результате проведенной модификации всем самолетам были приданы «тупые носы», более оправданные при полетах с большими скоростями.

Центральная и хвостовая части фюзеляжа (круглого сечения) снабжены двумя боковыми гаргротами. Цилиндрическая часть занята отсеком оборудования (за кабиной), баком окислителя, баком системы реактивного управления, баком горючего и двигателем. В боковых гаргротах находятся проводка, некоторые элементы оборудования и ниши уборки главных стоек шасси. Шасси – трехстоечное, убираемое вперед. Передняя стойка-со спаренными колесами, главные-со стальными лыжами, заменяемыми после 5-6 посадок. Для перемещения по аэродрому задняя часть фюзеляжа устанавливается на специальной тележке.

Рис. 2.102. Проекции экспериментальных самолетов с ракетным двигателем Х-15А и Х-15А-2.

Основной целью проводившихся на Х-15 экспериментов являлось исследование условий полета на больших скоростях в верхних слоях земной атмосферы, и прежде всего исследование влияния больших скоростей и высоких температур на конструкцию планера и механические свойства материалов, оценка надежности контрольно-измерительной аппаратуры, управляемости самолета, связи с контрольными пунктами, реакции человека на состояние невесомости и перегрузок при возвращении на землю и т.п. Все это обусловило применение разнообразного оборудования и специальной конструкции планера самолета. Контрольно-измерительная аппаратура самолета (массой около 600 кг) насчитывала 650 датчиков температуры, 104 датчика аэродинамических сил и 140 датчиков давления, регистратор показаний 15 приборов кабины пилота, регистратор физиологических измерений и т.д. Все измеряемые данные посредством телеметрии передавались на землю. Для обеспечения работоспособности конструкции в условиях аэродинамического нагрева планер был выполнен из нержавеющей стали, сплавов никеля, титана и других жаропрочных материалов. Наибольшее применение нашел сплав инконель-Х, сохраняющий свои прочностные характеристики до температуры 590°С. Из него были выполнены обшивка, лонжероны крыла и переборки внутри баков, а также толстые носки крыла и оперения. Характерной особенностью планера Х-15 является широкое применение сварки. Этим методом выполнено около 65% всех соединений. Для лучшего отвода тепла с поверхности самолет покрашен специальной черной силиконовой краской, которая кратковременно способна выдерживать воздействие температуры до 540°С. Самолет рассчитан на семикратные перегрузки (выполнение маневров в атмосфере допускается с перегрузкой 4).

Двигательная установка. На первом опытном образце (№ 2) были опробованы (в разных полетах) два четырехкамерных ракетных двигателя на жидком топливе фирмы «Риэкшн моторз» XLR-11 тягой 35,59 кН x 4 (3629 кГ x 4). На следующих двух опытных образцах уже устанавливались однокамерные двигатели (XLR99-RM-1 – на одном и XLR99-RM-2-Ha другом). На высоте 13 700 м однокамерный двигатель развивал максимальную тягу 253,55 кН (25 855 кГ); он имел диапазон регулирования тяги от 102,31 кН (10 433 кГ) до 266,90 кН (27 216 кГ). Двигатель XLR-11 работал на спирте и жидком кислороде (по аналогии с самолетами Х-1), а двигатель XLR99-RM-l/2-Ha аммиаке и жидком кислороде. Внутренняя топливная система емкостью 8615 кг в опытном образце Х-15А-2 была дополнена двумя подвесными баками (длиной 6,70 м и диаметром 0,96 м) общей емкостью 6123 кг (2724 кг аммиака и 3399 кг кислорода). Заправка топливом осуществляется перед стартом Х-15 с борта самолета-носителя В-52А. Во время работы двигателя топливо сначала расходуется из подвесных баков, которые после опорожнения сбрасываются на парашютах. Использование дополнительных топливных баков позволило увеличить время работы двигателя с 84 до 150 с. Для привода вспомогательных устройств (системы управления, шасси, автоматики) используются два турбонасосных агрегата, работающие на продуктах разложения перекиси водорода, которые располагаются за кабиной пилота. Кроме баков аммиака, жидкого кислорода и перекиси водорода в фюзеляже (и в его хвостовом отсеке, над соплом двигателя в опытном образце Х-15А-2) размещены баллоны со сжатым гелием, используемым для наддува топливных баков, продувки двигателя и аварийного слива топлива, и жидким азотом, используемым в системе охлаждения кабины.

Летно-технические данные

Размах крыла, м 6,70

Длина, м 15,98

Высота, м 4,10

Площадь несущей поверхности, м2 18,58

Максимальная взлетная масса, кг 23095

Посадочная масса, кг 7765

Емкость топливных баков (внутр./внешн.), кг 8165/6123

Максимальная удельная нагрузка на крыло, кг/м2 1243-1418

Отношение массы самолета к тяге, кг/даН 0,91-0,30

Максимальное число Маха 6,72

Максимальный потолок, м 107960

М -50- стратегический трехместный бомбардировщик конструкции В.М. Мясищева-СССР, 1960 г.

Рис. 2.103. Стратегический бомбардировщик М-50 на аэродроме (а) и в полете в сопровождении истребителя МиГ-21 (б).

История создания. В середине 50-х годов конструкторское бюро, возглавляемое В. М. Мяси- щевым, приступило к разработке сверхзвукового тяжелого бомбардировщика дальнего действия. Предшественником М-50 был околозвуковой самолет, выпускавшийся в двух модификациях, известных под обозначениями 103-М и 201-М (семь мировых рекордов скорости-1028,66 км/ч в полете по замкнутому 1000-км маршруту с грузом 1000-25 000 кг и высоты-15 317 м с грузом 10000 кг; пять рекордов высоты-13 121 м с грузом 35 000-55 000 кг). Облет последней модификации-201-М-был совершен в 1955 г.

От своих предшественников М-50 заимствовал характерные очертания, внушительные размеры, большие грузоподъемность и дальность. Бомбардировщик предназначался для нанесения ударов по стратегически важным объектам в глубине территории противника.

В процессе создания самолета были решены проблемы, связанные с герметизацией больших объемов крыла и фюзеляжа, изготовлением крупногабаритных прессованных панелей и секций планера, разработкой термостойких материалов, проведением необходимых аэродинамических исследований. Большое внимание в процессе разработки самолета уделялось созданию надежной и удобной в эксплуатации и обслуживании системы управления. Всего были выпущены два опытных образца самолета, различавшихся габаритными размерами, летно-техниче- скими показателями и незначительно внешним видом. Облет самолета состоялся в 1960 г., а официальный его показ был осуществлен на воздушном параде в Тушино в августе 1961 г. В серийное производство запущен не был в связи с изменением тактико-технических требований к самолету.

Описание самолета. М-50 выполнен по классической схеме с треугольным высокорасположенным крылом и стреловидным хвостовым оперением. Крыло самолета -много лонжерон- ной конструкции с отрицательным поперечным V и относительной толщиной профиля (типа ЦАГИ) около 3,5%-имеет угол стреловидности по передней кромке 55° в корневых частях и 48° в концевых. Передняя кромка крыла прямолинейная с изломом в месте изменения стреловидности; задняя – острая, прямолинейная. Крыло оборудовано выдвижными щелевыми закрылками, расположенными на внутренних частях консолей крыла, и элеронами. На верхней поверхности крыла установлены аэродинамические гребни, являющиеся как бы продолжением пилонов двух соответствующих двигательных гондол. Остальные два двигателя располагаются в гондолах, закрепленных на торцевых концах крыла. Такое расположение четырех двигателей позволило, с одной стороны, получить аэродинамически «чистое» крыло, обладающее более высокими характеристиками, и, разгрузив его, соответственно уменьшить массу. С другой стороны, использованная компоновка дала возможность применить более эффективные лобовые воздухозаборники.

Круглого сечения фюзеляж с большим миделевым сечением выполнен в соответствии с правилом площадей. В носовой части, имеющей оживальную форму, расположены аппаратура РЛС, кабина экипажа, оборудованная катапультируемыми сиденьями класса 0-0, и отсек оборудования. Фонарь кабины снабжен передним остеклением из двойных наклонных плит закаленного стекла и боковыми иллюминаторами. В центральной части фюзеляжа размещаются ниши уборки основных стоек шасси, бомбовый отсек и топливные кессон-баки. Бомбовый отсек длиной более 10 м закрывается створками. В верхней части фюзеляжа расположен центроплан с болтовым креплением консолей крыла. К хвостовой части фюзеляжа крепятся поворотный киль и управляемый стабилизатор.

Рис. 2.104. Проекции трехместного стратегического бомбардировщика М-50.

Шасси самолета-велосипедного типа, с главными стойками, убираемыми в фюзеляж (передняя вперед, задняя назад), и поддерживающими, которые убираются в специальные ниши, расположенные в концевых сечениях крыла рядом с гондолами внешних двигателей. Главные стойки оборудованы 8-колесными тележками с пневматиками высокого давления, поддерживающие – спаренными колесами.

В конструкции самолета широко использованы алюминиевые и титановые сплавы.

Двигательная установка. Самолет М-50 имеет 4 турбореактивных двигателя с форсажными камерами. Двигатели размещаются в индивидуальных гондолах. Воздухозаборники-лобовые, сверхзвуковые, нерегулируемые. Выходные сопла двигателей регулируемые, эжекторного типа. Топливо размещается в фюзеляжных и крыльевых кессон-баках.

E -l66-одноместный экспериментальный самолет с турбореактивным двигателем конструкции А. И. Микояна-СССР, 1961 г.

Рис. 2.105. Рекордный самолет Е-166 на аэродроме «Домодедово».

История создания. Показанный впервые публично на выставке советского авиационного оборудования в 1967 г. на подмосковном аэродроме «Домодедово», самолет Е-166 вызвал понятный интерес у посетителей, ибо до этого времени был известен лишь по сообщениям в печати об установленных им рекордах. Разработка самолета была начата в 1959 г., а уже спустя два года был установлен первый рекорд. 7.10.1961 г. А. Федотов в полете по замкнутому 100-километровому маршруту достиг на нем средней скорости 2401,0 км/ч. В следующем году на самолете Е-166 был установлен рекорд скорости на базе 15-25 км (2681,0 км/ч) и рекорд высоты в горизонтальном полете (22 670 м). В первом из этих рекордных полетов самолет на некоторых отрезках маршрута развивал скорость 2730 км/ч, а в третьем-постоянную скорость около 2500 км/ч на базе 15 км. При установлении второго рекорда измеренная скорость полета самолета в одном направлении превышала 3000 км/ч. Температура окружающего воздуха во время этого полета составляла около – 60° С, а на острие конуса воздухозаборника-около + 300°С. Экспериментальная эксплуатация самолета Е-166 позволила получить важный опыт полетов при сверхзвуковых скоростях.

Описание самолета. Самолет Е-166 создавался на базе рекордного самолета Е-66, от которого он, обладая иными габаритами и силовой установкой, сохранил тем не менее типичную для самолетов А. И. Микояна классическую схему с треугольным крылом. От других советских самолетов того времени он отличается наличием надстройки в верхней части фюзеляжа, являющейся продолжением геометрического контура фонаря кабины пилота. На первом этапе испытаний Е-166 имел в передней части фюзеляжа дестабилизатор. Однако результаты испытаний показали, что самолет является нормально устойчивым и управляемым и при «гладком» контуре.

Двигательная установка. Согласно представленному в ФАИ протоколу, на самолете используется двигатель ТРД Р. 166 тягой 98,07 кН.

Летно-технические данные

Размах крыла, м 8,0

Длина, м 15,5

Площадь несущей поверхности, м2 39,0

Взлетная масса, кг 15 500

Удельная нагрузка на крыло, кг/м2 397

Отношение массы самолета к тяге, кг/даН 1,58

Максимальная скорость, км/ч 3000

Потолок, м 22 670

Рис. 2.106. Проекции самолета Е-166.

Т .188 фирмы «Бристоль» – одноместный экспериментальный самолет-Великобритания, 1962 г.

Рис. 2.107. Опытный образец экспериментального самолета Т.188.

История создания. В 1955 г. в Великобритании была образована комиссия для координации работ над сверхзвуковым пассажирским самолетом. После нескольких лет исследований был сделан вывод о целесообразности разработки самолета со скоростью примерно ? = 2. Для самолета была принята схема «бесхвостка» с треугольным крылом. Из нескольких предварительных проектов был выбран ВАС 223, разработанный в 1960 г. фирмой «Бристоль», являющейся одним из отделений концерна ВАС. В целях проведения необходимых аэродинамических исследований в это же время была начата разработка экспериментальных самолетов: сверхзвукового Т.188 и дозвукового HP 115 фирмы «Хэндли-Пейдж». Несколько позже развернулись работы и над сверхзвуковым пассажирским самолетом ВАС 221. Первые два самолета предназначались для исследования явлений, сопутствующих строго определенным скоростям, а третий-для определения свойств оживального крыла как наиболее подходящего для пассажирского самолета.

Первые данные о самолете Т.188 были опубликованы в октябре 1958 г., модель была показана в 1960 г., первый опытный образец был построен в 1961 г., а его облет совершен 14 апреля 1962 г. В общей сложности были построены два опытных образца (второй облетан 29.04.1963 г.). Программа разработки самолета включала исследования (на ракетных моделях) вибраций крыла с двигательными гондолами. Информация о результатах таких летных испытаний в широком диапазоне скоростей телеметрически передавалась на землю. Самолет предназначался в основном для исследования аэродинамического нагрева, работы турбореактивных двигателей, их воздухозаборников и воздушных каналов при больших сверхзвуковых скоростях полета.

Описание самолета. Т.188 представляет собой построенный по классической схеме среднеплан, имеющий прямое крыло с относительной толщиной 4% и переменной кривизной передней кромки. Угол стреловидности передней кромки изменяется от 9° (на участках крыла между гондолами и фюзеляжем) до 38° (за гондолами) и 64° (в концевых частях). Для улучшения обтекания участков крыла, находящихся между гондолами и фюзеляжем, передняя кромка дополнительно изломлена путем значительного ее выдвижения вперед. Как показывают исследования в аэродинамической трубе, применение передней кромки такого типа на прямом крыле позволяет получить хорошие аэродинамические характеристики в области околозвуковых скоростей и малое волновое сопротивление при полете со сверхзвуковыми скоростями. Крыло оснащено закрылками (между гондолами) и элеронами с роговой компенсацией. Последние можно рассматривать как комбинацию концевых элеронов (вращательно закрепленных концов крыла) с обычными закрылками. Такое конструктивное решение обеспечивает высокую эффективность управления во всем диапазоне рабочих скоростей и малые управляющие усилия. Система управления элеронами обладает передаточным отношением, обеспечивающим отклонение элеронов в диапазоне ± 12,5° при малых скоростях (до ? = 0,3) и постепенное уменьшение угла до ± 4,8° при возрастании скорости полета до крейсерской. Аналогичная система управления с регулируемым передаточным отношением использована в каналах рыскания и тангажа (от + 25 до + 1,5°). Хвостовое оперение выполнено по Т-образной схеме с управляемым стабилизатором.

Фюзеляж большого удлинения с овальной формой поперечного сечения позволяет разместить пилота в сидячем положении, а колеса главных стоек шасси-в вертикальном положении. В хвостовой части фюзеляжа расположены два тормозных щитка, а в его конце-контейнер с парашютом. Шасси трехстоечное. Передняя стойка-со спаренными колесами-убирается вперед, главные-с одинарными-в консоли крыла (стойки) и в фюзеляж (колеса). Во время убирания главных стоек шасси колеса поворачиваются относительно стойки на 90°.

Планер самолета почти полностью выполнен из нержавеющей стали с применением клепки и сварки. На некоторых участках ввиду неравномерного расширения наружных (под воздействием аэродинамического нагрева) и внутренних (охлаждаемых топливом) элементов конструкции использованы легкие сплавы. Стенки лонжеронов выполнены из гофрированной стали.

Рис. 2.108. Проекции самолета Т.188.

Двигательная установка. На самолете используются два турбореактивных двигателя «Джайрон Джуниор» DGJ.10R фирмы «Бристоль- Сиддли» тягой 44,47 кН (4535 кГ) каждый. Использование форсажной камеры, работающей при температуре 2000 К, позволяет увеличить тягу до 62,27 кН (6350 кГ). При полете со скоростью М = 2,5 на высоте 12000 м тяга форсированного двигателя составляет 88,26 кН (9000 кГ). Двигатели размещены в цилиндрических гондолах (диаметром ~ 1,2 м) с регулируемыми лобовыми воздухозаборниками и впускными и выпускными створками. Взаимное расположение воздухозаборников и заостренной носовой части фюзеляжа таково, что система косых скачков уплотнения оказывается оптимальной при больших сверхзвуковых скоростях полета. Значительное выдвижение передних частей гондол вперед по сравнению с передней кромкой крыла, а также использование модульной схемы конструкции с отдельными секциями длиной около 1,5 м позволяют легко заменять воздухозаборники, а в перспективе даже и двигатели (в зависимости от результатов испытаний).

Летно-технические данные

Размах крыла, м 10,69

Длина, м 21,64

Высота, м 4,06

Площадь несущей поверхности, м2 36,83

YF-12A/SR-71A- двухместный самолет-разведчик – США, 1962 г.

Рис. 2.109. Двухместный опытный самолет YF-12A.

История создания. 29.02.1964 г. в печати США появилось сообщение, что фирма «Локхид» построила новый истребитель-перехватчик А-11, развивающий скорость свыше 3200 км/ч на высоте около 21 ООО м. Однако, по мнению обозревателей, этот самолет предназначался для целей стратегической разведки в качестве преемника известного разведывательного самолета U-2. Это мнение обосновывалось тем фактом, что как U-2, так и А-11 были разработаны на фирме «Локхид» одним и тем же конструктором (Ч. Джонсоном). Разработка и строительство самолета держались в строгом секрете, и общественность узнала о нем (по частным фотоснимкам в газетах) лишь тогда, когда самолет проходил летные испытания. Впоследствии стало известно, что самолет действительно проектировался для разведывательных целей, а проектные работы были начаты уже в 1958 г. после объявления конкурса, в котором, кроме «Локхид», принимали участие фирмы «Конвэр», «Боинг» и «Норт Америкен».

Работы по созданию самолета были развернуты в 1959 г., а в 1961 г. были изготовлены первые элементы его конструкции. Точная дата облета первого образца долго не сообщалась. Лишь в 70-х годах стало известно, что самолет был облетан 26.04.1962 г. Представителям прессы самолет был продемонстрирован 1.10.1964 г.; впоследствии ему было присвоено военное обозначение YF-12A, а после модификации-SR-71. В общей сложности были разработаны и построены следующие разновидности этого самолета:

– образец истребителя-перехватчика дальнего проникновения, обозначенный YF-12A (до этого А-11); изготовлены три опытных экземпляра этого самолета, на которых в 1965 г. было установлено несколько мировых рекордов;

– стратегический самолет-разведчик SR-71A; разработка самолета началась в феврале 1963 г., облет опытного образца состоялся 22.12.1964 г., первые самолеты поступили на вооружение в январе 1966 г. Во время перелета через Атлантический океан на выставку летного оборудования в Фарнборо (Великобритания) 1.09.1974 г. самолет установил рекорд, пролетев трассу в 5584 км (приблизительно соответствующую трассе Нью-Йорк-Лондон) за время 1 ч 54 мин 56,4 с;

– тренировочный самолет SR-71B (самолет SR-71A, приспособленный для целей обучения) и SR-71С -усовершенствованная после катастрофы модификация учебно-тренировочного самолета.

Согласно опубликованным в 1973 г. данным, было построено 24 самолета; стоимость всей программы составила свыше 1 млрд. долл.

Описание самолета. Самолет представляет собой среднеплан, построенный по схеме «бесхвостка». Треугольного контура крыло изготовлено с применением профилей относительной толщины 3,2%. Передняя кромка имеет положительную стреловидность 60°, а задняя выполнена с отрицательным углом стреловидности 10°. Для конструкции крыла характерны дополнительные наплывы, располагаемые по всей длине (в модификации SR-71) передней части фюзеляжа и на выступающих вперед относительно крыла частях гондол. Первые из них создают дополнительную подъемную силу во время полета со сверхзвуковыми скоростями, уменьшая перемещение центра давления назад. Вторые же предназначены для улучшения характера обтекания концевых частей крыла, значительно искривленных книзу. Фюзеляж длинный, с плоской нижней частью. В носовой секции самолета (под кабиной экипажа) находятся отсек оборудования и четыре отсека с вооружением. Почти вся остальная часть фюзеляжа занята топливными баками.

Рис. 2.110. Модифицированный двухместный разведывательный самолет SR-71A.

Рис. 2.111. Проекции самолета SR-71A.

Двухместная кабина экипажа с креслами пилота и оператора электронной аппаратуры, расположенными друг за другом, оснащена катапультируемыми сиденьями (первоначально предполагалось использование капсул) и индивидуальными фонарями, открываемыми вверх- назад. Шасси трехстоечное; основные стойки, с тройными колесами на общей оси (единственная такого рода конструкция в рассматриваемой группе самолетов), убираются в центроплан.

Другой особенностью самолета является способ обеспечения путевой устойчивости. Фирма «Локхид» избрала способ, основывающийся на применении многокилевого вертикального оперения и соответствующей формы фюзеляжа. В самолете использованы разнесенное двухкиле- вое оперение на двигательных гондолах, расположенное под углом 20° по отношению к плоскости симметрии самолета, подкрыльные неподвижные аэродинамические направляющие, сдвинутые назад к поверхностям рулей, подвижный подфюзеляжный киль, выпускаемый сразу после взлета и убираемый перед посадкой, а также характерная для многих сверхзвуковых самолетов обтекаемая законцовка фонаря кабины экипажа, продолжающаяся вплоть до места соединения центроплана с фюзеляжем. Система продольно-поперечного управления состоит из элеронов (расположенных на концах крыла) и руля высоты. В самолете не использованы ни средства механизации крыла, ни тормозные щитки. Планер самолета на 95% изготовлен из сплавов титана.

Самолет SR-71 отличается от YF-12A большей длиной и измененной формой передней части фюзеляжа, удлиненной (с целью увеличения емкости топливной системы) хвостовой частью фюзеляжа, отсутствием подкрыльных аэродинамических направляющих и подвижного подфюзеляжного киля.

Двигательная установка. Самолет оснащен двумя турбореактивными двигателями J.58 (JT11D-20B) фирмы «Пратт-Уитни» с форсажной тягой по 144,55 кН (14 740 кГ), устанавливаемыми в крыльевых гондолах диаметром 1,77 м и длиной 14,05 м. На самолете примеиены регулируемые лобовые воздухозаборники с коническим центральным телом и выходные регулируемые устройства с флюгерными эжекторами. Гондолы размещены таким образом, что большая их часть находится над крылом, а их продольная ось отклонена на несколько градусов вниз относительно оси фюзеляжа. На гондолах расположены створки в области входного канала, служащие для подвода дополнительного воздуха к двигателю (в условиях работы на земле или при полете на малых скоростях), а также в области форсажной камеры, через которые подается дополнительный воздух. Это позволяет уменьшить требуемый диапазон регулировки положения конического центрального тела относительно входной кромки воздухозаборника.

Рис. 2.112. Проекции самолета YF-12A.

Летно-технические данные (SR-71A)

Размах крыла, м 16,95

Длина, м 32,74

Высота, м 5,64

Площадь несущей поверхности, м2 167,23

Масса пустого самолета, кг 27 215

Взлетная масса (ном./макс.), кг 63 505/77110

Емкость внутренних топливных баков, кг 36 290

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 380/461

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 2,19/2,67

Максимальное число Маха 3,0

Максимальная скорость на высоте 24000 м, км/ч 3220

Взлетная скорость, км/ч 370

Посадочная скорость, км/ч 334

Практический потолок, м 24400

Максимальная 1) дальность, км 4800

Радиус действия, км 1930

Продолжительность полета, ч 1,5

Длина разбега, м 1646

Взлетная дистанция при номинальной массе, м 2745

Длина пробега, м 1097

Посадочная дистанция при номинальной массе, м 1830

1) С однократной дозаправкой в полете.

«Мираж-Бальзак» фирмы «Дассо» – одноместный экспериментальный самолет вертикального взлета и посадки- Франция, 1963 г.

История создания. Работа над самолетом «Бальзак» в кооперации с предприятиями «Сюд авиасьон» была начата в 1960 г. Программа разработки была разделена на два основных этапа. Первый из них охватывал проектирование, строительство и экспериментальные исследования опытного образца самолета «Мираж» III 001, предназначавшегося для приобретения опыта пилотирования самолетов ВВП с отдельной подъемной двигательной установкой. Так как при разработке самолета не требовалось обеспечения максимальной скорости полета, была применена тяговая двигательная установка, позволяющая осуществлять взлет, полет и посадку и с дозвуковой скоростью. Опытный образец под названием «Мираж III-Бальзак» был испытан на привязи 13.10.1962 г., а его облет по полной программе (вертикальный взлет, горизонтальный полет и вертикальная посадка) был выполнен в марте 1963 г. На этом самолете был осуществлен довольно широкий круг полетных исследований, которые в 1964 г. были прерваны аварией. После ремонта самолета исследования продолжались. Они закончились в 1965 г. на 125-м полете катастрофой, во время которой «Бальзак» был полностью уничтожен. Эта катастрофа была вызвана потерей поперечной устойчивости во время посадки самолета.

Новый опытный образец боевого самолета с большими габаритами и массой и с другой двигательной установкой получил сначала обозначение «Мираж» III-V, а затем-«Мираж» V.

Описание самолета. Опытный образец «Бальзак» создавался главным образом для проведения летных испытаний тяговой двигательной установки и системы управления, используемой во время вертикального взлета и посадки, а также для исследования переходных режимов и горизонтального полета при малых скоростях. Истребитель-бомбардировщик «Мираж» III-V предназначался для разведки и нанесения ядерного удара по территории противника с высоты порядка 150 м при полете со сверхзвуковой скоростью. Необходимость выполнения двух столь разнородных задач предопределила габариты, взлетную массу и оборудование самолета. С целью более быстрого решения проблемы вертикального взлета и посадки при разработке нового самолета был использован планер существующего самолета «Мираж», оснащенный соответствующей двигательной установкой и системой управления, необходимой для выполнения различных стадий полета.

Самолет «Бальзак» является модификацией опытного самолета-истребителя «Мираж» III 001 с дополнительно установленными турбореактивными двигателями вертикальной тяги. Эти двигатели расположены в центральной части фюзеляжа, в том месте, которое предназначалось в самолете «Мираж» III 001 для топливных баков. По своему внешнему виду самолет отличается от «Миража» III лишь жа- люзями, которые закрывают воздухозаборники и сопла подъемных двигателей. Система шасси осталась без изменений. Однако в самолете «Бальзак» отказались от убирания шасси и применили (на главных стойках) спаренные колеса. Стойку переднего шасси значительно удлинили, а стойки главного шасси усилили дополнительными раскосами. Из-за неэффективности аэродинамического управления при полетах на малых скоростях использована реактивная система управления, работающая на сжатом воздухе. Воздух подается от компрессоров подъемных двигателей и по специальным трубопроводам поступает к 10 соплам, которые располагаются в передней и задней частях фюзеляжа (управление по тангажу), в консолях крыла (управление по крену) и по обеим сторонам киля (управление по курсу).

Двигательная установка. На самолете применена силовая установка с восемью подъемными и одним тяговым (маршевым) двигателями. В самолете «Бальзак» применены подъемные двигатели RB.108 фирмы «Роллс-Ройс» общей тягой 70,61 кН (7200 кГ), установленные вертикально соплами вниз. Рядом с ними в фюзеляже размещены топливные баки емкостью 1600 л, что обеспечивает зависание в течение 12 мин или 20-минутный поступательный полет (при вертикальном взлете и посадке). В крейсерском режиме полета используется маршевый турбореактивный двигатель «Орфей» фирмы «Бристоль-Сиддли» тягой 21,57 кг (2200 кГ).

Летно-технические данные

Размах крыла, м 7,58

Длина, м 12,80

Высота, м 4,25

Площадь несущей поверхности, м2 29,00

Масса пустого самолета, кг 4835

Номинальная взлетная масса, кг 6100

Емкость внутренних топливных баков, л 1600

Удельная нагрузка на крыло, кг/м2 210

Отношение массы самолета к тяге маршевого двигателя, кг/даН 2,82

Рис. 2.113. Проекции одноместного экспериментального самолета ВВП «Мираж-Бальзак».

VJ 101c фирмы «EWR-Зюд»-одноместный экспериментальный самолет вертикального взлета и посадки-ФРГ, 1963 г.

Рис. 2.114. Одноместный экспериментальный самолет ВВП VJ-101C.

История создания. В 1959 г. западногерманские фирмы «Бельков», «Хенкель» и «Мессершмитт» объединили свои конструкторские бюро, образовав концерн «EWR-Зюд». Первым заданием, поставленным перед объединенным КБ, была разработка истребителя-перехватчика вертикального взлета и посадки. В результате были разработаны проекты самолетов VJ101A (восемь двигателей в четырех поворотных гондолах) и VJ101B (четыре двигателя в фюзеляже с изменяемым направлением тяги). Однако к этому времени к самолету были предъявлены дополнительные требования по увеличению дальности полета на малых высотах (приспособление самолета для атаки наземных целей), что обусловило необходимость применения более экономичной двигательной установки. Для такого назначения была признана наиболее эффективной смешанная система, в которой часть двигателей используется только во время взлета, на переходных режимах и при посадке. Проект соответствующего самолета был обозначен VJ101C.

Параллельно с работами над опытным образцом VJ101CX-1 (подъемно-маршевые двигатели без форсажных камер) и Х-2 (с форсажными камерами) были предприняты исследования системы управления самолетом на режимах взлета, висения и посадки с помощью дифференциального изменения тяги двигателей. Для этой цели были созданы две специальные исследовательские модели (стационарная и летающая) в виде каркаса самолета. Исследования летающей модели проводились сначала на привязи, а начиная с 13.03.1962 г. и в свободном полете. Геометрические параметры модели, ее центровка, положение двигателей (в вершинах треугольника, центр тяжести которого приближенно совпадал с центром тяжести самолета), кабины пилота и шасси соответствовали схеме самолета VJ101CX-1. При исследованиях влияния земли на процесс взлета и посадки к силовой раме каркаса снизу прикреплялся брезентовый чехол. После проведения наземных испытаний образца самолета на зависание (с телескопической системой зависания) 10.04.1963 г. был осуществлен первый полет с зависанием. После проведения исследований режима висения и подбора оптимальных параметров автопилота 31 сентября были начаты пробные полеты с нормальным взлетом. Испытания с поворотом двигательных гондол проводились сначала на высоте 2000 м (из соображений безопасности), а затем в диапазоне 70-90° вблизи от земли. Первый полет с вертикальным взлетом и посадкой был осуществлен 8 октября 1963 г., а 29.07.1964 г. была достигнута сверхзвуковая скорость (М = 1,04). Летные исследования первого опытного образца Х-1 были прерваны катастрофой, которая произошла 14.09.1964 г. Во время взлета на высоте 10 м и при скорости 250 км/ч система управления отказала, в результате чего самолет упал на взлетно-посадочную полосу и загорелся. После пробега ~ 1600 м самолет остановился; пожар был потушен. Пилот спасся путем своевременного катапультирования. Пробные полеты опытного образца Х-2 начались 27.10.1964 г., 10.10.1965 г. был осуществлен первый полет с включенными форсажными камерами, но лишь 21.04.1971 г. удалось достичь максимальной скорости, соответствующей ? = = 1,14. Исследования самолета VJ101C Х-2 были завершены 27 мая 1971 г., когда состоялся его 325-й полет. После этого самолет был передан в музей г. Мюнхена.

Описание самолета. Самолет VJ101C представляет собой построенный по классической схеме высокоплан со стреловидным крылом малого удлинения. Многолонжеронное крыло, оснащенное закрылками и элеронами, крепится к фюзеляжу с помощью шести болтов. В носовой части фюзеляжа, выполненной по образцу самолета F-104G, находятся телеметрическое оборудование, которое используется при летных испытаниях, и герметическая кабина пилота с катапультируемым креслом класса 0-0. Неподвижная передняя и откидываемая в сторону основная часть фонаря выполнены (каждая) из одного листа стекла. Центральная часть фюзеляжа выполнена в соответствии с правилом площадей. В ней находятся два главных мягких топливных бака и ниши уборки главных стоек шасси. В хвостовой части фюзеляжа опытного образца Х-2 находятся топливный бак и отсек с тормозным парашютом. Трехколесное неубираемое шасси у самолета Х-1 (убираемое назад, в фюзеляж, у Х-2) рассчитано на посадку с вертикальной скоростью до 3,5 м/с.

Рис. 2.115. Проекции одноместного самолета ВВП VJ-101C.

Конструкция планера самолета выполнена главным образом из сплава алюминия; отдельные элементы конструкции, работающие при повышенных температурах, изготовлены из стали или титана. Одним из интересных и новаторских решений является использование смешанной системы управления. Система аэродинамического управления нормального типа состоит из элеронов, управляемого стабилизатора и классического вертикального оперения с подфюзеляжным килем. На режимах вертикального взлета, посадки и зависания используется реактивное управление (тягой двигателей). Ручка управления непосредственно соединена с рычагом газа двигателей.

Рис. 2.116. Самолет ВВП VJ-101C-X1 в зависании.

Двигательная установка. В конце 60-х-начале 70-х годов считалось, что отношение взлетной массы к тяге для сверхзвуковых самолетов не должно превышать ~ 2 кг/даН. С учетом этого в самолете VJ101C была использована подъем- но-маршевая силовая установка, состоящая из шести двигателей, четыре из которых в крейсерском полете работают как маршевые. Для самолета VJ101C разрабатывался специальный одно- вальный турбореактивный двигатель RB-153-17 фирм «Роллс-Ройс» и MAN, эффективный при больших скоростях полета. Так как к началу строительства опытных образцов самолета разработка двигателей еще не была завершена, то пришлось использовать менее мощные двигатели RB-145. Это потребовало уменьшения взлетной массы самолета с первоначальной ~ 13 000 до 6000-8000 кг. На первом опытном образце были установлены двигатели тягой 12,26 кН (1250 кГ) без форсажных камер, а на втором (в гондолах)-двигатели RB-145R тягой 15,79 кН (1610 кГ) при форсировании.

Использование поворотных двигательных гондол является одной из наиболее интересных особенностей самолета VJ101C. Массовый анализ показал, что масса механизмов поворота гондол меньше, чем системы отклонения реактивной струи двигателей. В конструкции механизма поворота гондолы используются роликовый подшипник большого диаметра, расположенный в стенке гондолы, и ось, выполненная в виде трубы, через которую проходят необходимые коммуникации. Гондолы поворачиваются с помощью задублированных гидроприводов, питание которых осуществляется насосами, смонтированными непосредственно на двигателях. Использование разъемных соединений топливной и гидравлической систем, а также оборудования системы управления в концевых частях крыла позволяет легко демонтировать гондолы. Запуск двигателей осуществляется с помощью гидростартеров.

В самолетах вертикального взлета и посадки определенную трудность представляет выбор конструкции воздухозаборников, которые должны удовлетворять требованиям принципиально различающихся стадий полета. Одной из проблем является запуск подъемных двигателей во время горизонтального полета на положительных углах атаки фюзеляжа, так как при этом в области заборника давление пониженное, а вблизи сопла двигателя повышенное. Проблема была решена путем использования большого щитка на верхней части фюзеляжа и щелевой створки на нижней части, с помощью которых создается необходимый для двигателя поток воздуха. Воздухозаборники подъемно-маршевых двигателей рассчитаны на сверхзвуковую скорость полета. Поэтому на режимах взлета, висения и посадки используется дополнительный воздухозаборник, который образуется за счет выдвижения передней части гондолы вперед при одновременных отклонении закрылков и выпуске шасси. Образующаяся при этом на поверхности гондолы щель увеличивает площадь проходного сечения воздухозаборника и благоприятно влияет на распределения скоростей и давлений потока на входе в компрессор.

Два основных топливных бака находятся в фюзеляже, в центре тяжести самолета (непосредственно за подъемными двигателями). Третий, меньший бак расположен в хвостовой части фюзеляжа.

Летно-технические данные VJ 101С Х-2

Размах крыла, м 6,61

Длина, м 15,70

Высота, м 4,13

Площадь несущей поверхности, м2 18,60

Нормальная взлетная масса, кг 7690

Масса пустого самолета, кг 5450

Номинальная удельная нагрузка на крыло, кг/м2 413

Максимальное число Маха 1,14

Е -266-рекордный самолет конструкции А.И. Микояна-СССР, 1963 г.

История создания. К строительству опытного образца приступили в 1960 г., а его облет был совершен в 1963 г. В апреле 1965 г. сообщалось об установлении на самолете Е-266 первых мировых рекордов скорости полета по замкнутому 1000-км маршруту с нагрузкой 1000 и 2000 кг. В общей сложности в 1965-1978 гг. на самолете Е-266 и его модификациях было установлено больше всего (25) мировых рекордов (в том числе 14 до сих пор не побитых и один впервые зарегистрированный в истории авиации). Впервые публично самолет был показан в 1967 г. в аэропорту «Домодедово» по случаю Дня авиации СССР. Рекордные летные качества самолета явились причиной того, что в 60-х годах США приступили к разработке самолета F-15, копируя при этом Е-266.

Рекорды самолета Е-266 и его модификаций:

16.03.1965. Скорость 2319,120 км/ч в полете по замкнутому 1000-км маршруту (пилот Федотов; 3 рекорда, соответ ственно без груза, с грузом 1000 и 2000 кг).

5.10.1967. Абсолютная высота 29 777 м при полете с грузом (Федотов; два рекорда, соответственно с грузом 1000 и 2000 кг); скорость 2981,500 км/ч в полете по замкнутому 500-км маршруту (Комаров).

27.10.1967. Скорость 2920,670 км/ч в полете по замкнутому 1000-км маршруту (Остапенко; 3 рекорда, соответственно без груза, с грузом 1000 и 2000 кг).

8.04.1973. Скорость 2605,100 км/ч в полете по замкнутому 100-км маршруту (Федотов).

4.06.1973. Время подъема 2'49,90" на высоту 20000 м (Орлов); время подъема 3' 12,60" на высоту 25000 м (Остапенко); время подъема 4'03,86" на высо ту 30 000 м (Остапенко).

25.07.1973. Абсолютная высота 36240 м (Федотов); абсолютная высота 35 200 м при полете с грузом (Федотов; 2 рекорда, соответственно с грузом 1000 и 2000 кг).

17.05.1975. Время подъема 2'34,20" на высоту 25 000 м (Федотов); время подъема 3'09,85" на высоту 30000 м (Остапенко); время подъема 4' 11,70" на высо ту 35000 м (Федотов).

2.06.1975. Скорость 2683,446 км/ч на базе 15-25 км (Савицкая, женский рекорд).

22.07.1977. Абсолютная высота 37080 м при полете с грузом (Федотов, 2 рекорда, соответственно с грузом 1000 и 2000 кг).

31.08.1977. Абсолютная высота 37650 м (Федотов); высота 21 209,90 м при горизонтальном полете (Савицкая).

21.10.1977. Скорость 2466,310 км/ч в полете по замкнутому 500-км маршруту (Савицкая).

12.04.1978. Скорость 2333,000 км/ч в полете по замкнутому 1000-км маршруту (Савицкая).

Описание самолета. Е-266 представляет собой построенный по классической схеме высокоплан с треугольным крылом, прямолинейными передними и задними кромками. Крыло самолета с углом стреловидности по передней кромке 40-42° оснащено закрылками, элеронами и аэродинамическими гребнями. Стреловидное оперение (управляемый стабилизатор и разнесенное двухкилевое вертикальное оперение) дополнено двумя подфюзеляжными килями. Поперечное сечение фюзеляжа в передней части-овальное, далее – близкое к прямоугольному. Передняя стойка трехстоечного шасси имеет спаренные колеса, главные снабжены одинарными колесами. Главные стойки шасси убираются вперед, в фюзеляж. У самолета имеются четыре узла внешних подвесок (под крылом).

Двигательная установка. Самолет имеет два турбореактивных двигателя. Воздухозаборники – боковые, регулируемые.

НА -300 фирмы «Хелуан»-одноместный истребитель-перехватчик – Египет, 1964 г.

Рис. 2.117. Опытный образец истребителя-перехватчика НА-300 У-1.

История создания. В середине 50-х годов испанская авиационная фирма «Испано авиасион» приступила к разработке истребителя НА-300 (военное обозначение ХС-6) с расчетной скоростью полета М = 1,3 -f-1,5. Предварительный проект предусматривал создание самолета по схеме «бесхвостка» с двигателем «Орфей» фирмы «Бристоль-Сиддли». Для оценки летных характеристик самолета в 1959 г. был построен летающий макет НА-300Р с треугольным крылом. Макет массой 1250 кг (размах крыла 6,15 м, длина 10,20 м, площадь несущей поверхности 20,0 м2 ) был оснащен двумя водяными балансировочными баками, предназначенными для имитации изменения центровки самолета в полете. Однако уже в 1960 г. проект был признан слишком дорогостоящим, а конструкторский коллектив сумел заинтересовать своим проектом египетские ВВС. Развернутые в исследовательском центре «Хелуан эр уоркс» под Каиром работы имели целью создание самолета с проектной скоростью М = 2,2 и потолком 18000 м. При этом предполагалось оснастить самолет разрабатываемым параллельно турбореактивным двигателем Е-300 с форсажной камерой.

В рамках работ по созданию прототипа были исследованы его аэродинамические свойства с использованием буксируемого в полете макета. На основании полученных результатов было принято решение строить самолет по классической схеме, с горизонтальным оперением по образцу самолета МиГ-21. Первый опытный образец самолета НА-300 V-1 массой 4490 кг был оснащен двигателем «Орфей» и облетан 7 марта 1964 г. Всего было построено 3 (по некоторым источникам 4, а облетано только 2) опытных образца, так как в 1969 г. программа была свернута по причине поставок импортных самолетов. К этому времени было изготовлено и испытано 17 двигателей Е-300. Первые летные испытания двигателя Е-300 были проведены в июне 1966 г. на переоборудованном для этих целей транспортном самолете Ан-12 конструкции О. К. Антонова.

Описание самолета. При разработке самолета конструкторы исходили из того, что НА-300 должен быть легким и пригодным к специфическим условиям боевых действий на Ближнем Востоке. В результате НА-300 относится к числу наиболее легких сверхзвуковых самолетов своего времени. Самолет представляет собой построенный по классической схеме среднеплан с треугольным крылом относительной толщины профиля 4% и стреловидным хвостовым оперением. Крыло с прямыми передней (стреловидность 57,5°) и задней кромками оснащено элеронами и закрылками.

Поперечное сечение передней части фюзеляжа-овальное, а хвостовой-круглое. Форма его центральной части вместе с каналами воздухозаборников, а также положение консолей крыла и оперения отвечают правилу площадей. Горизонтальное оперение-управляемое, вертикальное-нормальной схемы. Под рулем направления находится контейнер тормозного парашюта. Шасси – трехстоечное, передняя стойка (со спаренными колесами) убирается назад в фюзеляж, главные (с одинарными) убираются вперед в ниши, расположенные в обтекателях воздухозаборников.

Двигательная установка. Предполагалось, что первые серийные самолеты НА-300 будут иметь максимальную скорость М = 2, которая затем будет повышена до М = 2,2. На самолете планировалось установить двигатель Е-300 тягой 44,13 кН (4500 кГ) без форсирования и 50,99 кН (5200 кГ) с форсированием. Такой двигатель был установлен лишь на третьем опытном образце НА-300 V-3, который был облетан в 1967 г. На первом и втором опытных образцах использовался двигатель «Орфей» 703 фирмы «Бристоль-Сиддли» тягой 21,57 кН (2200 кГ), так как в то время двигатель Е-300 еще только разрабатывался. Нерегулируемые боковые воздухозаборники двигателя значительно выдвинуты вперед относительно крыла и выступают за геометрический контур фюзеляжа.

Рис. 2.118. Проекции одноместного истребителя-перехватчика НА-300.

Летно-технические данные

Размах крыла, м 5,84

Длина, м 12,40

Высота, м З.15

Площадь несущей поверхности, м2 17,29

Масса пустого самолета, кг 4823

Номинальная взлетная масса, кг 5500

Номинальная удельная нагрузка на крыло, кг/м2 318

Номинальное отношение массы самолета к тяге при форсировании 1) кг/даН 1,08

Максимальное число Маха 1) 2,0

Максимальная скорость 1) , км/ч 2125

Вертикальная скорость 1) , м/с 200

Практический потолок 1) , м 15000

1) Проектные данные с двигателем Е-300.

ВАС 221 корпорации «Бритиш эркрафт» – одноместный экспериментальный самолет с оживальным крылом- Великобритания, 1964 г.

Рис. 2.119. Экспериментальный одноместный самолет ВАС 221 с опущенной носовой частью фюзеляжа.

История создания. В сентябре 1958 г. британская фирма «Фэри» выступила с предложением создать экспериментальный самолет (на базе самолета F.D.2) с целью исследования крыла новой формы, которое использовано в проекте пассажирского сверхзвукового самолета, разработанном ранее фирмой «Хоукер Сиддли». Однако лишь в июле 1960 г. программа была конкретизирована. Разработка и строительство прототипа были поручены фирме «Бристоль эркрафт», входящей в корпорацию ВАС. Фирма представила два варианта модификации самолета F. D.2; в первом из них предусматривалась лишь замена треугольного крыла оживальным, а во втором предполагалось также увеличить длину фюзеляжа и изменить конструкцию шасси. Для реализации был принят второй вариант, обозначенный предварительно «Бристоль» ?.221. Конструкторские работы были развернуты в апреле 1961 г. Им предшествовал повторный облет (5.09.1960 г.) уже законсервированного первого опытного образца самолета F. D.2. Реконструкция планера была завершена в июле 1963 г., а облет нового самолета состоялся 1.05.1964 г. Результаты проведенных исследований при малых, околозвуковых и сверхзвуковых скоростях полета впоследствии были использованы в проекте самолета «Конкорд».

Описание самолета. ВАС 221 представляет собой построенный по схеме «бесхвостка» среднеплан, оживальное крыло которого имеет минимальную стреловидность передней кромки 65° и относительную толщину 4,5%. В дополнение к большей относительной толщине крыла и изменению формы передней кромки задней кромке крыла придана небольшая положительная стреловидность, а размах крыла уменьшен, что привело к уменьшению удлинения до значения 1,28. Конструкция крыла – многолонжеронная с применением монолитных панелей.

За счет вставки новой секции перед двигателем фюзеляж удлинен на 1,83 м. Кабина оснащена модифицированным катапультируемым сиденьем МкЗ фирмы «Мартин Бейкер» с ракетным ускорителем. Угол наклона кресла вперед на режимах взлета и посадки уменьшен до 8°. Существенной реконструкции подверглось и шасси. В передней стойке использованы реконструированная опора с самолета «Ганнет» и спаренные колеса с самолета F. D.2. В качестве главных стоек шасси использованы соответствующие узлы с самолета «Лайтнинг». Передняя стойка убирается назад, главные-вперед при одновременном повороте колес (давление в пневматиках 1,24 МПа) на 90° и полном убирании их в консоли крыла. Управление самолетом ВАС 221 осуществляется аналогично управлению самолетом F.D.2, т.е. с помощью элеронов (расположенных в концевых частях крыла), рулей высоты (в прифюзеляжных частях) и руля направления. Управление всеми рулями осуществляется с помощью необратимых гидроусилителей, причем сервоприводы элеронов расположены за контуром профиля, в специальных подкрыльных обтекателях. В системе управления элеронами и рулем направления использован механизм, обеспечивающий начальную установку их положения. В нейтральной позиции ручки управления элероны остаются отклоненными на угол 2° вверх. Передаточное число между углами отклонения ручки и элеронов (а также руля высоты) составляет 2:1. Во время посадки возможно отклонение рулей высоты на угол 13° вверх или 8,5° вниз, элеронов соответственно на 10° и 11°, а руля направления на 15°. Самолет оснащен четырехсек- ционными тормозными щитками и парашютом.

Двигательная установка. На самолете использован турбореактивный двигатель «Эвон» RA.28R фирмы «Роллс-Ройс» с тягой на форсаже 49,03 кН (5000 кГ), который получен путем оснащения форсажной камерой двигателя RA.28 тягой 44,48 кН (4536 кГ). Изменение формы крыла потребовало реконструкции воздухозаборников и воздушного канала. Были применены два подкрыльных, полуэллиптических нерегулируемых воздухозаборника. Топливо размещено в крыльевых кессон-баках и в одном фюзеляжном баке, расположенном за нишей передней стойки шасси.

Рис. 2.120 Проекции одноместного экспериментального самолета BAC 221 с оживальным крылом

Летно-технические данные

Размах крыла, м 7,62

Длина, м 17,56

Высота, м 3,57

Площадь несущей поверхности, м2 45,52

Масса пустого самолета, кг 7458

Взлетная масса (ном./макс.), кг 8400/9063

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 184/199

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,71/1,85

Максимальное число Маха 1,6

Максимальная скорость, км/ч 1700

Минимальная скорость, км/ч 212

Посадочная скорость, км/ч 283-315

«Валькирия» ХВ-70 фирмы «Норт Америкен»- двухместный экспериментальный самолет (четырехместный бомбардировщик стратегической авиации)-США, 1964 г.

Рис. 2.121. Экспериментальный самолет ХВ-70А с опущенными концевыми частями крыла.

История создания. В конце 1954-начале 1955 гг. были разработаны требования ВВС США (WS110A) к самолету-преемнику околозвукового стратегического бомбардировщика «Боинг» В-52. В апреле 1955 г. была создана группа по изучению возможностей реализации этих требований, а в ноябре с фирмами «Боинг» и «Норт Америкен» были подписаны соглашения на разработку предварительного проекта. В январе 1958 г. ВВС США заключили с фирмой «Норт Америкен» контракт на строительство 62 самолетов (12 опытных и предсерийных самолетов, 50 самолетов для первого боевого подразделения стратегической авиации). При этом облет первого опытного образца был запланирован на январь 1962 г., а первого серийного самолета – на 1965 г. Параллельно был заключен контракт с фирмой «Дженерал электрик» на разработку турбореактивного двигателя J93, использующего обычное или бороводородное топливо. Стоимость программы оценивалась в 3,3 млрд. долл. Самолет получил обозначение «Валькирия» В-70.

В апреле 1959 г. комиссия ВВС США оценила макет, проект и изготовленные части самолета, а в декабре 1959 г. правительство США аннулировало всю программу В-70. Однако уже в январе 1960 г. вновь было принято решение возобновить работы, но программа ограничивалась созданием только двух опытных образцов (без боевых подсистем) для проведения исследований, результаты которых могли бы быть использованы при проектировании других сверхзвуковых самолетов (прежде всего пассажирского). Новый самолет с измененными конструкцией и оборудованием получил обозначение ХВ-70А.

Строительство первого опытного образца ХВ-70-01 было завершено в мае 1964 г., а его облет состоялся 21.09.1964 г. Второй опытный образец (ХВ-70-02) был испытан в полете 17.07.1965 г. В первом полете самолета 01 была достигнута скорость 604 км/ч, во втором-930 км/ч, а в третьем-1185 км/ч. Проектная крейсерская скорость (М = 3) была достигнута 14.10.1965 г. во время 17-го полета на высоте 21 335 м. Опытный образец 02 постигла неудача: 8.07.1966 г. над полигоном-пустыней Мохаве он столкнулся с сопровождавшим его в полете истребителем F-104. Опытный образец 01 после выполнения серии пробных полетов в 1966-1968 гг. был передан 4.02.1969 г. в музей авиации. В создании самолета принимало участие примерно 20000 предприятий, из них только крылом занималось около 8000. На разработку и исследования самолета было затрачено 14,5 млн. инженерных человеко-часов и израсходовано 1,3 млрд. долл.

Описание самолета. «Валькирия» представляет собой среднеплан, построенный по схеме «бесхвостка» с треугольным крылом и дополнительным управляемым дестабилизатором (передним крылом), расположенным в передней части фюзеляжа. Основное крыло относительной толщины 2,5% и стреловидности по передней кромке 65° 34' имеет нулевой угол поперечного V (на опытном образце 01) и положительный + 5° (на опытном образце 02); оно рассчитано на сверхзвуковую скорость, соответствующую ? = 3. В крыле использована коническая крутка на отрезке между фюзеляжем и плоскостью шарнирного крепления отклоняемых концевых частей крыла. Одной из особенностей самолета являются отклоняемые вниз концевые части крыла, которые могут фиксироваться в трех положениях (в зависимости от скорости полета): 0° для дозвуковых скоростей, 25° (на опытном образце 01) и 30° (на опытном образце 02) для околозвуковых скоростей и соответственно 65 и 70° для сверхзвуковых скоростей. Управление самолетом осуществляется с помощью шестисекционных элевонов (четыре секции которых расположены в неподвижных частях крыла), двухкилевого поворотного вертикального оперения и дестабилизирующего переднего крыла. Действие переднего крыла характеризуется большой эффективностью, так как оно оснащено закрылками и расположено на значительном удалении от центра тяжести самолета. Взлет и посадка совершаются при нулевом угле отклонения (относительно продольной оси самолета) переднего крыла и при отклонении его закрылков на угол 20°. Одновременно с отклонением закрылков автоматически опускаются вниз элевоны, что существенно увеличивает несущие свойства всей системы. На остальных режимах полета закрылки блокируются в нейтральном положении, а все переднее крыло выполняет роль балансировочной поверхности. При сверхзвуковых скоростях полета оно создает дополнительную подъемную силу, компенсирующую смещение вектора подъемной силы основного крыла назад, осуществляя тем самым необходимую балансировку самолета и улучшая его управляемость.

Рис. 2.122. Самолет ХВ-70А на взлете.

Рис. 2.123. Проекции четырехместного стратегического бомбардировщика «Валькирия» ХВ-70А.

Однако наиболее характерной чертой самолета является его аэродинамическая схема, которая позволяет использовать скачки уплотнения для создания дополнительной подъемной силы. В целях более эффективного использования этого явления при полетах со скоростью М = 3 крылу придается оптимальная стреловидность. При этом двигательная гондола расположена таким образом, что нижняя поверхность крыла находится над системой скачков уплотнения, образующих область повышенного давления. В самолете ХВ-70А использованы индивидуальные спасательные капсулы, обеспечивающие работу экипажа из двух человек (в варианте бомбардировщика численность экипажа состоит из четырех человек-двух пилотов, оператора оборонной системы и штурмана) в общей вентилируемой кабине (аналогично тому, как это делается в пассажирских самолетах). Сиденья расположены в специальных, открытых спереди капсулах, которые в аварийных ситуациях герметически закрываются (в связи с чем отпадает необходимость в кислородной маске или высотном скафандре) и выбрасываются из самолета. Передняя стойка шасси-двухколесная-убирается назад, в фюзеляж; главные-с четырехколесными тележками-убираются назад (с одновременным поворотом тележек на 90° относительно стойки), в ниши центральной части фюзеляжа. Противоскользящее устройство колес шасси работает совместно с пятым, небольшим нетормозным колесом. Действие его основано на сопоставлении скорости вращения тормозящихся колес со скоростью вращения дополнительного колеса при расчетной рабочей температуре 180°С. Гидравлическая система торможения колес рассчитана на рабочую температуру 300° С.

В связи с тем что самолет рассчитан на крейсерский полет со скоростью более 3000 км/ч, на высоте 21 000 м некоторые части планера должны нагреваться до 320°С. Это потребовало применения в конструкции высокопрочных сталей и сплавов титана. Большая часть обшивки самолета выполнена из нержавеющей стали и имеет сотовое заполнение. Кабина экипажа и отсек электронного оборудования теплоизолированы материалами на основе силиконовой смолы.

Двигательная установка. Силовая установка состоит из 6 турбореактивных двигателей YJ93-GE-3 фирмы «Дженерал электрик» тягой 111,31 кН (11350 кГ) без форсирования и 137,88 кН (14060 кГ) с форсированием. Двигатели YJ93, предназначавшиеся для самолетов F-108 и ХВ-70, должны были работать на боро- водородном топливе. Свертывание программы F-108 привело к уменьшению объема работ над двигателем и, как следствие, к отказу от боро- водородного топлива в пользу обычного. Двигатели размещались в задней части фюзеляжа. Их выхлопные сопла располагались в непосредственной близости от задних кромок элевонов. Общий воздухозаборник (с разделяющим входной канал на две части клиновидным центральным телом) обеспечивает подачу воздуха к двум группам (по 3 шт. в каждой) двигателей. В целях обеспечения высокой эффективности во всем диапазоне рабочих скоростей воздухозаборники и воздушные каналы имеют переменную геометрию. Топливо размещено в 11 баках (5 фюзеляжных и 6 крыльевых), общая емкость которых составляет ~ 178 000 л. Для заправки баков предусмотрены две назависимые системы. В систему топливоподачи входит 29 насосов.

Летно-технические данные ХВ-70А

Размах крыла, м 32,00

Длина, м 57,61

Высота, м 9,14

Площадь несущей поверхности, м2 585,02

Масса пустого самолета, кг 108 000

Взлетная масса (ном./макс.), кг 205000/244200

Емкость внутренних баков, л 178000

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 350/417

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 2,48/2,95

Максимальное число Маха 3,03

Максимальная скорость на высоте 21 335 м, км/ч 3218

Взлетная скорость, км/ч 350

Практический потолок, м 21 335

Максимальная дальность, км 12000

Длина разбега, м 1500-1800

TSR.2 корпорации «Бритиш эркрафт»- двухместный истребитель- бомбардировщик и разведчик-Великобритания, 1964 г.

Рис. 2.124. TSR.2 в полете.

История создания. В 1956 г. командование ВВС Великобритании сформулировало тактико-технические требования для преемника высотного тактического бомбардировочно-разведывательного самолета «Канберра» фирмы «Инглиш электрик». В соответствии с этими требованиями новый самолет должен был осуществлять разведку на сотни километров в глубь территории противника при полете с околозвуковой скоростью на малых высотах, а при полете на большой высоте он должен был обладать большой дальностью действия, обеспечивающей возможность использования морских баз. Этот самолет предполагалось оснащать как обычным, так и ядерным вооружением и эксплуатировать в любых атмосферных условиях, в любое время года и суток, на любых аэродромах. Контракт на строительство трех опытных экземпляров самолета TSR.2 (Tactical Strike and Reconnaissance – тактический ударно-разведывательный) был подписан 1.01.1959 г. с условием, что передача первых серийных самолетов на вооружение воздушным подразделениям стратегической авиации будет осуществлена в конце 1965 г. Первый опытный образец был построен в 1963 г., а его облет проведен только 27.09.1964 г. В 1965 г. британский парламент принял решение прекратить работы по созданию самолета TSR.2, мотивируя свое решение отсутствием экспортных перспектив и лавинообразным ростом стоимости программы. Если в 1960 г. предполагаемая стоимость одного самолета (при серийном производстве 150 самолетов) составляла 1,5 млн. ф.ст., то в 1964 г. она достигла 4 млн. ф.ст.; это означало, что один TSR.2 обойдется в 20 раз дороже, чем самолет «Канберра». Затраты на проведение опытно- конструкторских работ в течение 7 лет составили 100 млн. ф.ст.

Описание самолета. TSR.2 представляет собой построенный по классической схеме высокоплан, треугольное крыло которого характеризуется большой удельной нагрузкой (малая чувствительность к атмосферным возмущениям при полете на небольших высотах), стреловидностью передней кромки 60° и малой относительной толщиной профиля (около 4%). В целях улучшения характеристик взлета и посадки применены закрылки со сдувом пограничного слоя (вдоль всего размаха крыла) и плоская форма нижней части фюзеляжа. Фюзеляж выполнен в соответствии с правилом площадей и имеет прямоугольную форму сечения. Кабина с креслами пилота и штурмана, расположенными друг за другом, оборудована системой обдува лобового стекла с целью предотвращения его загрязнения насекомыми при полетах на малых высотах. Кресла-катапультируемые, класса 0-0. Шасси – трехстоечное, передняя стойка-со спаренными колесами, а главные-с колесами типа «тандем». Кинематика передней стойки шасси позволяет удлинять главную балку во время взлета, т.е. увеличивать угол атаки планера без отклонения руля высоты (в результате чего уменьшается сопротивление). Самолет оснащен тормозным парашютом и четырехсекционными тормозными щитками.

Рис. 2.125. Опытный образец TSR.2 с характерной удлиненной передней частью фюзеляжа.

Рис. 2.126. Проекции двухместного истребителя-бомбардировщика и разведывательного самолета TSR.2.

В системе управления отсутствуют элероны и интерцепторы, что объясняется применением дифференциального стабилизатора (со стреловидностью 60°), обеспечивающего поперечную и продольную управляемость. Для повышения эффективности управления при больших углах атаки плоскости горизонтального оперения снабжены закрылками со сдувом пограничного слоя. Вертикальное оперение однокилевое, цель- ноповоротное со стреловидностью по передней кромке 52°. Управление оперением-спаренное: ручное управление осуществляет пилот, а автоматическое-специальная система стабилизации

положения самолета. Для уменьшения поперечной устойчивости применен отгиб концов крыла вниз на угол 23°, что одновременно повысило эффективность работы закрылков.

Самолет построен в соответствии с концепцией безопасных отказов, в связи с чем большинство устройств и агрегатов задублировано. В конструкции планера широко используются сплавы титана (наряду со сплавами алюминия) и высокопрочные стали. Многолонжеронное моноблочное крыло выполнено с применением монолитных панелей. Монолитные панели использованы также в конструкции фюзеляжа и оперения. Все свободное пространство в крыле использовано под топливные кессон-баки.

Двигательная установка. TSR.2 оснащен двумя двухвальными турбореактивными двигателями «Олимп» 22R фирмы «Бристоль-Сиддли» с тягой на форсаже 146,80 кН (14970 кГ) каждый. Проблема выбора двигателя была одной из наиболее сложных в связи с требованием высокой экономичности силовой установки такого самолета. Отсутствие соответствующего, двухконтурного турбореактивного двигателя (в то время еще не была решена проблема дожигания в «холодном» вентиляторном контуре) предопределило использование одноконтурных турбореактивных двигателей. Боковые регулируемые воздухозаборники с подвижными полуконусами (регулировка автоматическая и ручная) имеют эллиптическое поперечное сечение.

Летно-технические данные

Размах крыла, м 11,28

Длина, м 27,13

Высота, м 7,32

Площадь несущей поверхности, м2 57,0

Масса пустого самолета, кг 18 800

Максимальная взлетная масса, кг 40000

Грузоподъемность, кг 7700

Емкость внутренних топливных баков, кг 13 500

Максимальная удельная нагрузка на крыло, кг/м2 702

Максимальное отношение массы самолета к тяге при форсировании, кг/даН 1,37

Максимальная скорость, км/ч 2125

Максимальная скорость у земли, км/ч 1200

Посадочная скорость, км/ч 240

Практический потолок, м 20000

Дальность (ном./макс.), км 3500/6000

Продолжительность полета, ч 3

Длина разбега, м 650

Длина пробега, м 500

F-111 фирмы «Дженерал дайнемикс»-многоцелевой двухместный истребитель с изменяемой геометрией крыла-США, 1964 г.

Рис. 2.127. Самолет F-111A с выпущенными предкрылками и закрылками.

История создания. История F-111 началась с конкурса на тактический многоцелевой истребитель TFX, удовлетворяющий требованиям как ВВС, так и военно-морской авиации ВМС США. В конкурсе предварительных проектов принимало участие шесть фирм, из которых ко второму этапу проектирования самолета были допущены «Дженерал дайнемикс» и «Боинг».

24.11.1962 г. было принято решение поручить разработку самолета (обозначенного F-111) фирме «Дженерал дайнемикс» в кооперации с фирмой «Грумман». Заказ включал строительство 23 самолетов (18Г-111А-для ВВС и 5F-111B-для ВМС США) на сумму 437,5 млн. долл. Эта сумма не учитывала затрат на двигатели, запасные части, наземное оборудование, тренировочное снаряжение, систему управления огнем и разработку ракет «Феникс». Планировалось построить в общей сложности (для ВВС и ВМС США) 1700 самолетов стоимостью около 7 млрд. долл. С учетом затрат на двигатели, запасные части, оборудование, тренировочное снаряжение и вооружение стоимость разработки опытных образцов составила свыше 1,2 млрд. долл. Облет первого опытного образца самолета состоялся 21.12.1964 г., а изменение конфигурации крыла в полете впервые было произведено 6.01.1965 г. К этому времени на разработку самолета было затрачено около 25 \ млн.чел.-ч, из которых на испытания в аэродинамической трубе пошло свыше 21 ООО чел.-ч.

Были разработаны и построены самолеты следующих модификаций:

– истребитель-бомбардировщик F-111А для ВВС США (18 предсерийных и 141 серийный, первые самолеты поступили на вооружение в 1967 г.), F-111D (облет 2.12.1968 г., 96 самолетов), F-111E (94 самолета) и F-111F (1971 г., 106 самолетов);

– истребитель-бомбардировщик F-111В для ВМС США (18.05.1965 г., 5 опытных образцов и 4 серийных самолета, первый из которых облетан 29.06.1968 г., в 1968 г. программа аннулирована);

– бомбардировщик стратегической авиации FB-111A (30.07.1967 г., 76 самолетов, первый серийный 13.07.1968 г.);

– штурмовик F-111C для Австралии (1968 г., 24 самолета);

– самолет-разведчик RF-111A (17.12.1967 г., модификация одного предсерийного самолета);

– самолет электронной разведки EF-111A (15.12.1975 г., модификация двух самолетов F-111A; облет первого серийного самолета, построенного фирмой «Грумман» по образцу F-111F, состоялся 10.03.1977 г.

Самолеты этой серии, оснащенные электронным оборудованием, имеют длину 23,47 м, высоту 6,10 м, собственную массу 24 313 кг и максимальную взлетную массу 39825 кг. Предусматривалось модифицировать таким образом 40 самолетов F-111F, однако в 1978 г. программа была аннулирована).

После первоначального отказа от серийного производства самолета В-1 была начата разработка модификации FB-111H на базе бомбардировщика FB-111A. Эта модификация характеризуется меньшим диапазоном изменения угла стреловидности крыла (16-60°) при том же максимальном размахе, большими длиной (26,88 м) и высотой (6,71.м), а также максимальной взлетной массой 63 500 кг. Предполагалось, что модификация сохранит 43% конструктивных элементов и 79% оборудования самолета FB-111A; целиком заменить придется лишь главные стойки шасси (их оборудуют двухколесными тележками типа «тандем») и двигатели (на F101-6E-100 с форсажной тягой 133,4 кН). Облет опытного образца планировался на конец 1979 г.

Строительство F-111 было самой крупной программой истребительной авиации США со времен второй мировой войны. При этом ни одна летная программа (даже создание самолета ХВ-70) не вызывала столько дискуссий.

Вначале с этим самолетом связывали большие надежды, так как F-111 должен был стать первым самолетом, удовлетворяющим требованиям как ВВС, так и военно-морской авиации США. Однако после проведения первых летных испытаний выяснилось, что модификация самолета, предназначавшаяся для ВМС США, непригодна для эксплуатации с авианосцев (впоследствии она была заменена самолетом F-14). На совершенствование модификации для ВВС США (с учетом полагаемого экспорта в Великобританию модификации F-111 К-варианта YF-111A) повлияли два события, имевшие место в 1968 и 1969 гг. Первое из них относится к боевым действиям во Вьетнаме, когда три из поставленных сюда шести самолетов были за короткое время сбиты. В 1969 г. имела место катастрофа самолета по причине отрыва поворотной части левой консоли крыла. После этих случаев число заказов резко сократилось, а фирма приступила к проведению дополнительных исследовательских работ. За 1964-1976 гг. было построено 562 самолета. В 1965 г. предполагалось, что стоимость одного серийного самолета будет составлять около 3,7 млн.долл.; однако уже в 1969 г. она возросла до 6,8 млн., а в 1973 г.-до 18,3 млн. долл. Одновременно выяснилось, что общие затраты по реализации . программы (в пересчете на один самолет) достигли 29,2 млн. долл. Стоимость разработки, строительства и испытаний двух опытных образцов FB-111H оценивалась в 380 млн. долл., а стоимость серийного самолета (при производстве 65 шт.)-в 42 млн. долл.

Рис. 2.128. Проекции двухместного многоцелевого истребителя с изменяемой геометрией крыла F-111A.

Рис. 2.129. Проекции стратегического бомбардировщика FB-111A.

Рис. 2.130. F-111A в крейсерском полете.

Описание самолета. F-111 представляет собой выполненный по классической схеме высоко- план с изменяемой геометрией крыла. Подвижные части крыла изготовлены с применением профилей NACA серии 63 и оснащены кинематической системой, обеспечивающей ручное управление изменением стреловидности передней кромки в диапазоне 16-72,5°. Система управления крыльями-смешанная, гидромеханическая с размещенным на левом пульте пилота рычагом. Исполнительный механизм состоит из двух гидроприводов, работающих в независимых друг от друга гидросистемах. Механическое соединение выходных устройств гидроприводов исключает возможность асинхронного поворота консолей крыла и обеспечивает безотказную работу в случае повреждения одной из систем. Направление перемещения рычага в кабине соответствует направлению движения поворотных частей крыла. Процесс изменения угла стреловидности от минимального до максимального значения длится 20 с. Соединение подвижных частей крыла с центропланом герметическое. Крыло оснащено предкрылками и двухщелевыми закрылками (по всему размаху), а также интерцепторами. Предкрылки и закрылки могут выдвигаться только при стреловидности 16-26°, а интерцепторы-при 16-45°. Привод предкрылков-электрический, а закрылков – гидравлический, с электрической аварийной системой. При угле стреловидности, превышающем 26°, совместный рычаг управления положением предкрылков и закрылков блокируется в положении «убраны», а при отклоненных закрылках исключена возможность увеличения угла стреловидности свыше 26°. Предкрылки выдвигаются только под углом 40°, а закрылки-в диапазоне до 37,5°, причем система блокирует убирание предкрылков, если закрылки отклонены на угол более 15°. Система управления самолетом состоит из интерцепторов, управляемого дифференциального стабилизатора и обычного стреловидного вертикального оперения. Интерцепторы используются как вспомогательные управляющие поверхности при полетах на малых скоростях. Электрическая система управления обеспечивает одновременное отклонение интерцепторов на обеих консолях крыла. В этом случае они выполняют роль тормозных щитков. В самолете использована адаптивная система управления тройного дублирования, в которой бортовая ЭВМ непрерывно контролирует и регулирует положение самолета относительно трех осей. Учитывая наличие мощной механизации крыла, конструкторы самолета отказались от применения тормозных щитков и парашюта.

Фюзеляж имеет большое поперечное сечение. В носовой части расположены кабина с креслами экипажа, размещенными рядом (управление самолетом осуществляется с любого места), и ниша уборки передней стойки шасси; в центральной части находятся отсеки оборудования и вооружения, а в хвостовой части размещены двигатели. Схема кабины со сдвоенными креслами выбрана с целью лучшей координации действий пилотов, а также для уменьшения длины самолета в условиях его стоянки на авианосце. В аварийных ситуациях при полетах со сверхзвуковой скоростью предусмотрено отделение кабины самолета вместе с носовой частью фюзеляжа. Увеличение ширины кабины привело к тому, что воздухозаборники и двигатели пришлось переместить назад, а это в свою очередь повлекло за собой необходимость увеличения площади стабилизатора (для компенсации изменения положения центра тяжести). Шасси-трехстоечное; передняя стойка со спаренными колесами убирается вперед, главные (с одинарными колесами) крепятся к фюзеляжу и убираются вперед в его среднюю часть.

Двигательная установка. Два турбовентиляторных двигателя с форсажными камерами TF-30 фирмы «Пратт-Уитни» расположены в горизонтальной плоскости в задней части фюзеляжа. В двигателях TF-30 впервые применена система дожигания, позволяющая плавно изменять тягу. Исследования показали, что размещение двигателей (и выхлопных сопел) в непосредственной близости друг к другу при обтекании фюзеляжа сверхзвуковым потоком приводит к уменьшению тяги приблизительно на 30% (результаты этих исследований использованы, в частности, при проектировании самолета F-14, у которого сопла разделены уменьшающейся по толщине частью фюзеляжа). На опытных самолетах F-111A и F-111B устанавливались двигатели TF30-P-1, а на серийных самолетах:

– F-111A и F-111С-двигатели TF30-P-3 с тягой на форсаже 89,1 кН (9100 кГ);

– FB-111А – TF30-P-7 тягой 90,52 кН (9230 кГ);

– F-111D и F-111E-TF30-P-9 тягой 87,19 кН (8891 кГ);

– F-111B-TF-30-P-12;

– F-l 1 IF – TF30-P-100 тягой 111,64 кН (11 385 кГ).

Топливо общей массой 14780 кг размещено в кессонных баках подвижных частей крыла, центральной и задней частях фюзеляжа и в килевом баке. У самолета имеются 6 узлов внешних подвесок, приспособленных для транспортировки дополнительных баков, а также оборудование дозаправки топливом в полете. Боковые воздухозаборники-регулируемые, с четвертько- нусными генераторами скачка уплотнения. Внутри воздухозаборника имеются турбулизаторы и отверстия для отсоса пограничного слоя с поверхности четвертьконуса, а снаружи-щели, отводящие пограничный слой с поверхностей фюзеляжа и нижней части крыла.

Вооружение. Стационарным вооружением самолета является шестиствольная пушка «Вулкан» М-61А1 (калибр 20 мм) с запасом снарядов 2000 шт.

На восьми пилонах (4 подвижных, кинематически связанных с устройствами поворота консоли крыла, и 4 неподвижных, сбрасываемых во время полета), а также в отсеке вооружения, который расположен в центральной части фюзеляжа, самолет может переносить ракеты, снаряды и бомбы (в различных вариантах) общей массой 13 608 кг (модификация истребителя-бомбардировщика) и 17000 кг (модификация бомбардировщика). Наиболее часто применяются ракеты класса воздух-воздух «Сайдуиндер» и «Сперроу» (при использовании самолета в качестве истребителя), а также класса воздух-поверхность «Шрайк», «Булпап» и «Мейверик» (при действии по наземным целям). Самолет оснащен современным электронным оборудованием, в состав которого входят система поиска, обнаружения и сопровождения целей, система управления огнем, автопилот с бортовым вычислителем, навигационное оборудование и т. д. Некоторые самолеты оборудуются системами инфракрасного обнаружения целей и устройствами лазерного наведения ракет.

Летно-технические данные F-111A FB-111A

Размах крыла (стреловидность макс./мин.), м 9,74/ 10,34/ /19,20 /21,34

Длина, м 22,40 22,40

Высота, м 5,22 5,19

Площадь несущей поверхности (мин. /макс.), м2 55,5/ 57,3 64,0 1) /66,8 1)

Масса пустого самолета, кг 17 500 22220

Взлетная масса (ном./ 32 000/ 45 360/ макс.), кг /41 500 /54000

Грузоподъемность, кг 13 608 17000

Емкость топливных баков (внутр./внешн.), кг 14 720/10630

Удельная нагрузка накрыло (ном./макс.), кг/м2 649/748 791/942

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,8/2,33 2,51/2,98

Максимальное число Маха 2,5

Максимальная скорость, км/ч 2655 2200

Максимальная скорость у земли, км/ч 1470 1345

Практический потолок, м 15 500 18 300

Максимальная дальность, км 6400 6580

Длина разбега, м 915

1) Значения определены приблизительно, с учетом внутрифюзеляжных частей крыла. В некоторых источниках приводятся значения 48,8/58,7 и 48,8/61,0 м2 , а для удлинения-значения 1,34 и 7,56. Однако эти данные противоречивы.

«Мираж» V фирмы «Дассо»-одноместный истребитель- бомбардировщик вертикального взлета и посадки – Франция, 1965 г.

Рис. 2.131. Самолет «Мираж» III-V в зависании.

История создания. Самолет «Мираж» V явился следствием развития программы «Мираж-Бальзак». С использованием самолета «Мираж-Бальзак» в качестве прототипа были построены два значительно отличающихся от него опытных образца, которые сначала были обозначены как «Мираж» III-V (V соответствует ВВП), а затем «Мираж» V. Первый опытный образец «Мираж» III-V 01 был облетан 12 февраля 1965 г. От прототипа он отличался габаритами, массой и силовой установкой, но имел примерно такие же общий вид и аэродинамическую схему. Его назначение учитывало дополнительные возможности тактического применения самолетов ВВП.

Исследования опытного самолета 01 продолжались недолго, так как 8 сентября 1965 г. он разбился. Во время катастрофы погиб пилот США, который принимал участие в испытаниях. Второй опытный образец «Мираж» III-V 02 был облетан 22 июня 1966 г., а уже 12 сентября на нем была достигнута скорость M = 2,04. Однако и этот самолет потерпел катастрофу, которая произошла 28 ноября 1966 г. Опытный образец 02 отличался от 01 не только применением более мощного маршевого двигателя, но также более совершенной конструкцией планера (применение многослойных конструкций, монолитных панелей, получаемых методом глубокого химического травления, и синтетических материалов) и воздухозаборников подъемных двигателей, которые при горизонтальном полете полностью закрывались. По плану дальнейшей разработки самолета «Мираж» III-V предполагалось строительство опытного образца 03 в случае, если удастся разработать подъемные двигатели с удельной массой (отношение собственной массы двигателя к тяге) не больше чем 0,05 кг/даН. Однако после катастрофы опытного образца 02 все дальнейшие работы были приостановлены, а программа самолета ВВП была заменена самолетом классической схемы «Мираж» F.2 и самолетом с изменяемой геометрией крыла «Мираж» G.

Описание самолета. Главной задачей, возлагавшейся на истребитель-бомбардировщик «Мираж» V, являлись разведка и нанесение ядерного удара по территории противника с высоты около 150 м при полете со сверхзвуковой скоростью. Из этих соображений за основу конструкции опытных образцов был принят планер самолета обычного взлета и посадки «Мираж» IIIE при необходимых изменениях габаритов. Был существенно удлинен и расширен фюзеляж, в результате чего увеличились длина самолета, размах и площадь крыла. В целях увеличения эффективности аэродинамического управления длина элевонов была увеличена, и они стали занимать практически всю заднюю кромку крыла. Основные изменения по сравнению с прототипом «Бальзак» коснулись силовой установки. Эти изменения были вызваны увеличением взлетной массы самолета и требованием достижения максимальной скорости M = 2. Увеличение взлетной массы было связано с необходимостью увеличения запаса топлива для обеспечения заданной дальности, а также с увеличением потребления топлива значительно более мощным подъемным двигателем.

Двигательная установка. На самолете «Мираж» V применены 8 двигателей вертикальной тяги RB.162 (улучшенная модификация двигателя RB.108), которые, обладая почти такой же собственной массой (около 125 кг), развивают тягу, в два раза превышающую тягу своего прототипа,-15,69 кН (1600 кГ) каждый. В качестве маршевого двигателя на первом опытном самолете использован турбовентиляторный двигатель TF-106 фирмы SNECMA с тягой на форсаже 74,53 кН (7600 кГ), а на втором-двигатель TF-30 с тягой 50,50 кН (5150 кГ) без форсирования и 82,37 кН (8400 кГ) с форсированием. Применение более совершенных двигателей привело к тому, что для самолета «Мираж» III-V 02 было достигнуто отношение номинальной взлетной массы самолета к тяге подъемной силовой установки, равное 0,96 кг/даН, и отношение массы самолета к форсажной тяге маршевой силовой установки во время обычного старта или при полете с максимальной скоростью, равное 1,45 кг/даН.

Рис. 2.132. Проекции одноместного истребителя-бомбардировщика ВВП «Мираж» V.

Летно-технические данные

Размах крыла, м 8,72

Длина, м 18,00

Взлетная масса (ном./макс.), кг 12000/13 440

Емкость топливных баков, л 1600

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,46/1,63

Максимальное число Маха 2,04

«Мираж» F.2 фирмы «Дассо»-двухместный экспериментальный самолет-Франция, 1966 г.

Рис. 2.133. «Мираж» F-2 в полете.

История создания. В начале 60-х годов фирма «Дассо» принимала участие в разработке для НАТО тактического боевого самолета вертикального взлета и посадки. В результате был создан самолет «Мираж» III-V с одним маршевым и восемью подъемными двигателями. Испытания маршевого двигателя проводились на соответственно переоборудованном самолете «Мираж» III Т. Однако, как и все самолеты с треугольным крылом, построенные по схеме «бесхвостка», он не подходил для опытных полетов с малыми скоростями. Поэтому фирма развернула работы над новым самолетом классической схемы со стреловидным крылом. Этот двухместный самолет получил обозначение «Мираж» III F. Заказ на строительство самолета был получен в январе 1964 г., а его облет состоялся 12.06.1966 г. Так как за это время произошли изменения в стратегии НАТО и работы по созданию самолета ВВП были приостановлены, то построенный опытный самолет под новым обозначением «Мираж» F.2 стал использоваться как двухместная летающая лаборатория для проведения испытаний систем и оборудования французских самолетов-перехватчиков. На базе F.2 впоследствии была разработана более легкая и дешевая модификация одноместного боевого самолета «Мираж» F.I.

Описание самолета. «Мираж» F.2 представляет собой построенный по классической схеме высокоплан со стреловидным крылом, имеющим отрицательное поперечное V. Крыло оснащено носовыми щитками, двухщелевыми выдвижными закрылками и элеронами. Конструкция крыла – многолонжеронная, элеронов – моноблочная, закрылков-с многослойной обшивкой. Конструкция фюзеляжа включает шпангоуты, стрингеры и несущую обшивку. Стреловидный киль самолета выполнен по многолонжеронной схеме, а управляемый стабилизатор представляет собой многолонжеронную конструкцию с многослойной обшивкой. Под рулем направления располагается контейнер тормозного парашюта. Передняя стойка шасси с одинарным колесом убирается вперед, главные-со спаренными колесами – вперед (с одновременным поворотом колес) в ниши фюзеляжа.

Двигательная установка. Самолет оснащен американским турбовентиляторным двигателем TF-30 фирмы «Пратт-Уитни» с форсажной камерой, изготовленным по лицензии на предприятиях SNECMA. Во французском варианте он имеет обозначение TF-306 и развивает тягу 50,50 кН (5150 кГ) без форсирования и 86,30 кН (8800 кГ) с форсированием. По сравнению с самолетом «Мираж» III у F.2 существенно увеличена емкость внутренней топливной системы за счет замены мягких баков на кессонные. Воздухозаборники-боковые, регулируемые подвижными полуконусами.

Летно-технические данные

Размах крыла, м 10,50

Длина, м 17,60

Высота, м 5,80

Площадь несущей поверхности, м2 36,0

Масса пустого самолета, кг 9500

Взлетная масса (ном./макс.), кг 16 500/18000

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 458/500

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,91/2,08

Максимальное число Маха 2,2

Максимальная скорость, км/ч 2336

Практический потолок, м 20000

Рис. 2.134. Проекции двухместного экспериментального самолета «Мираж» F.2.

«Мираж» F.1 фирмы «Дассо»-многоцелевой одноместный истребитель-Франция, 1966 г.

Рис. 2.135. Опытный образец истребителя «Мираж» F.I.

История создания. В процессе разработки опытного самолета F.2 было установлено, что при относительно небольших затратах сил и средств можно создать его оперативный вариант (легкий самолет-истребитель), промежуточный по характеристикам между самолетами «Мираж» III и «Мираж» III-V. Опытный образец самолета, получивший обозначение F.1, был облетан 23.12.1966 г. Уже во время четвертого полета на нем была в два раза превзойдена скорость звука. 18.05.1967 г. во время летного испытания на больших скоростях самолет потерпел катастрофу, что повлекло за собой изменение конструкции. Хорошие результаты, показанные самолетом, привлекли внимание правительства, которое в сентябре того же года заказало еще три опытных образца (02, 03 и 04), рассматривавшиеся как предсерийные. Первый из них был облетан 20.03.1969 г., а последний-17.06.1970 г. После усовершенствования конструкции фюзеляжа и крыла, а также установки нового двигателя были продолжены летные испытания прототипов 02-04, которые подтвердили хорошие летные качества самолета. С учетом таких результатов и исходя из предпосылки, что этот самолет сможет стать основным французским истребителем, способным выполнять задания в любых атмосферных условиях, было принято решение о запуске «Миража» F.1 в серийное производство.

До настоящего времени были разработаны следующие модификации самолета:

– многоцелевой истребитель F.1C (облет первого серийного самолета 15.02.1973 г., первая эскадрилья организована в 1974 г.) и F.1E (модификация с большими габаритами и массой, новыми оборудованием и двигательной установкой); разработка самолета (обозначенного «Сюпер-Мираж» F.1, затем F.1/M53 и, наконец, F.1E) началась в марте 1973 г.; опытный образец был облетан 22.12.1974 г.;

– истребитель-бомбардировщик и учебно- боевой самолет F.1A (изготавливаемый по лицензии в Южно-Африканской Республике);

– двухместный учебно-тренировочный самолет F.1B/D (облет первого образца F.1B состоялся 26.05.1976 г.).

– тактический разведчик F-1CR (облет 20.11.1981 г, поставка ВВС в 1983 г.).

В июле 1978 г. фирма имела заказ на строительство ~ 500 самолетов и приступила к первым экспортным поставкам в 10 стран. Кроме Франции и ЮАР (самолеты модификаций F.1A2 и F.1C2), самолеты были закуплены Грецией (F.1CG), Кувейтом (F.1C и F.1B), Испанией (F.1CE, выступающие под испанским обозначением С-14), Эквадором, Ливией, Египтом, Ираком и Марокко. Так как производство самолетов осуществлялось в тесной кооперации с бельгийской фирмой SABCA и английской «Фэри», то предприятия «Дассо» в 1974-1975 гг. рассчитывали на заинтересованность в самолете со стороны некоторых стран НАТО, ищущих замену самолету F-104G. Однако победителем на западноевропейском рынке оказался F-16, конкуренцию с которым в 1975 г. в США не выдержал самолет YF-17, а затем в Западной Европе-самолеты «Мираж» F.1 и «Вигген» (F.1 уступил по тяговооруженности и разгонным характеристикам).

Описание самолета. «Мираж» F.1 представляет собой свободнонесущий моноплан с высокорасположенным стреловидным крылом относительной толщины 4,5-3,5%. Крыло с углом стреловидности передней кромки 47°30' имеет отрицательный угол поперечного V, равный 5°. Благодаря применению носовых щитков (в модификации F.1C на 2/3 длины консоли, считая от конца до уступа передней кромки) и двухщелевых выдвижных закрылков (2/3 длины задней кромки) коэффициент подъемной силы крыла самолета F.1 более чем в 2 раза выше по сравнению с самолетом «Мираж» III. Конструкция крыла-многолонжеронная, с дополнительными стенками, заканчивающаяся узлами крепления консоли крыла к шпангоутам фюзеляжа. Консоль дополнительно поддерживается шпангоутом, расположенным в плоскости задней стенки, закрывающей кессон крыла. На этой стенке расположены узлы навески закрылков и элеронов. Конструкция элеронов-моноблочная, закрылков-со слоистой обшивкой.

Рис. 2.136. Проекции одноместного многоцелевого истребителя «Мираж» F.I.

Конструкция фюзеляжа-классическая, типа полумонокок, с продольными силовыми поясами. Наиболее нагруженные части крыла выполнены из высокопрочной стали, а теплонапряженные элементы-из сплавов титана. Остальные элементы конструкции выполнены из сплавов алюминия. В носовой части фюзеляжа расположены радарная установка и система управления огнем «Сирано» IV фирмы «Томсон» CSF. Вентиляционного типа кабина с открываемым вверх- назад фонарем оснащена катапультируемым сиденьем Мк.4 фирмы «Мартин Бейкер». Непосредственно за кабиной находится отсек электронного оборудования, а за ним секционированный главный топливный бак.

Вертикальное оперение-классическое. Многолонжеронной конструкции киль крепится к фюзеляжу в трех точках. Под рулем направления расположен контейнер тормозного парашюта. Управляемый стабилизатор выполнен по многолонжеронной схеме с многослойной обшивкой. На самолете установлены два подфю- зеляжных киля с углом развала 30° и два тормозных щитка, расположенных в центральной части фюзеляжа, под воздушными каналами двигателя. В системе поперечного управления использованы небольшие элероны и двухсекционные интерцепторы. Тормозные щитки и интерцепторы выполнены в виде конструкции с сотовым заполнением.

Изготовленное фирмой «Мессье-Испано» шасси имеет одинаковые низкого давления пневматики колес (на главных стойках 0,4 или 0,9 МПа), что позволяет производить взлет или посадку на аэродромах с травяным покрытием. Передняя стойка убирается назад, главные-вперед, в ниши фюзеляжа (при одновременном повороте колес).

Двигательная установка. Самолет модификации F.1C оснащен турбореактивным двигателем «Атар» 9К.50 фирмы SNECMA, а модификации F.1E-турбовентиляторным двигателем М.53 той же фирмы. Двигатель «Атар» 9К.50 по конструкции и характеристикам аналогичен модификациям 9С и 9К. При собственной массе 1590 кг он развивает тягу 49,03 кН (5000 кГ) без форсирования и 70,60 кН (7200 кГ) с форсированием. Наряду с большей тягой двигатель 9К.50 расходует меньше топлива (по сравнению с модификацией 9С на 10%), а двигатель М.53 при меньшем потреблении топлива развивает тягу 55,06 кН (5615 кГ) и 82,94 кН (8458 кГ) соответственно без форсирования и с форсированием. Топливная система состоит из главного фюзеляжного бака емкостью 3880 л и двух крыльевых кессонных баков емкостью 200 л каждый. Для выполнения специальных заданий самолет может брать один, два или три подвесных бака общей емкостью 4020 л (1700, 2 х 1160 л). Воздухозаборники – боковые, регулируемые, с подвижными полуконусами.

Вооружение. Уборка шасси в ниши, расположенные в боковых частях фюзеляжа, позволила установить шесть узлов наружной подвески (под крылом и на концах) и один замок под фюзеляжем следующей грузоподъемности (для модификации F.1E): 2040 кг-подфюзеляжный, 2 х 1270 кг-внутренние подкрыльные (околофюзеляжные), 2 х 500 кг-внешние подкрыльные и 2 х 127 кг-на концах крыла. Семь узлов наружных подвесок и две установленные в нижней части фюзеляжа стационарные пушки (типа DEFA 553, калибр 30 мм, боезапас-270 снарядов для каждой) обеспечивают необходимое разнообразие вооружения в зависимости от выполняемого боевого задания.

Летно-технические данные «Мираж» F.1C F.1E

Размах крыла, м 8,40 8,45

Длина, м 15,00 15,53

Высота, м 4,50 4,56

Площадь несущей поверхности, м2 25,0 25,0

Масса пустого самолета, м2 7400 8100

Взлетная масса (ном./макс.), кг 10900/15200 11 550/15500

Грузоподъемность, кг 4000 5334

Емкость топливных баков (внутр./внешн.), л …/3600 4300/4020

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 436/608 462/622

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,54/2,14 1,40/1,87

Максимальное число Маха 2,2 2,2

Максимальная скорость на высоте 12000 м, км/ч 2336 2336

Максимальная скорость у земли, км/ч 1480 1480

Посадочная скорость, км/ч 230 235

Вертикальная скорость, м/с 213 300

Практический потолок, м 20000

Дальность (ном./макс.), км …/2700 (7404-1200)/ /…

Продолжительность полета 3 ч 45 мин

Длина разбега, м 450-640 500

Длина пробега, м 500-610 600

«Вигген» фирмы «SAAB-Скания»-многоцелевой одноместный истребитель-Швеция, 1967 г.

Рис. 2.137. Опытный образец самолета «Вигген».

История создания. Во второй половине 50-х годов командование шведских ВВС приняло решение приступить к работам над новым многоцелевым самолетом-преемником околозвукового самолета «Лансен» и сверхзвукового «Дракен». Предварительное проектное исследование самолета было начато в 1958 г., а в 1961 г. были закончены разработка эксплуатационных требований и сравнительная оценка свыше 100 различных вариантов форм планера. Детальный технический проект самолета разрабатывался в 1962-1964 гг. В 1965 г. комиссия экспертов представила заключение, на основе которого правительство Швеции приняло решение относительно реализации проекта и подготовке к серийному производству самолета. Было заказано 6 опытных образцов одноместного самолета и 1 образец двухместного.

Строительство первого опытного образца было закончено 24 ноября 1966 г., а облет его совершен 8 февраля 1967 г. (последний, шестой экземпляр был облетан в апреле 1969 г.) В 1968 г. был заключен контракт на строительство 175 самолетов, в том числе истребителей- бомбардировщиков AJ37 (150 самолетов) и учебно-тренировочных самолетов SK37, а также на разработку модификаций самолетов морской (SH37) и общей (SF37) разведок и самолета-перехватчика JA37. На создание опытного образца было затрачено 7,6 млн. чел.-ч, из них 5,7 млн. чел.-ч пошло на опытно-конструкторские работы, а 1,9 млн. чел.-ч – на производство. Разработаны следующие модификации самолета: -истребитель-бомбардировщик AJ37 (первый серийный самолет облетан 23.02.1971 г., 21 июня самолет стал поступать на вооружение);

– истребитель-перехватчик JA37 (опытный образец с двигателем RM8A облетан для проверки оборудования в июне 1974 г., а первый полет со штатным двигателем совершен 27 сентября. В сентябре 1974 г. поступил заказ на 30 самолетов; потребность в них на 1978-1985 гг. оценивалась в 160-180 шт., так как планировалось заменить ими находящиеся на вооружении самолеты «Дракен»; облет первого серийного самолета состоялся 4.11.1977 г.);

– самолет-разведчик модификаций SF37 (21.05.1973 г.) и SH37 (10.12.1973 г.; первый серийный самолет был поставлен 19.06.1975 г.);

– двухместный учебно-тренировочный самолет SK37 (2.07.1970 г.; первый серийный самолет был поставлен в июне 1972 г.).

До 1977 г. передано в эксплуатацию, по оценкам, около 100 самолетов, а потребность на все модификации составляла примерно 400 самолетов. В 1974-1975 гг. на базе модификации JA37 была разработана экспортная модификация SAAB 37Х, которая наряду с американским (F.16) и французским (F.1E) самолетами была предложена НАТО в рамках так называемого контракта столетия. Следует отметить, что необычные очертания самолета, не встречавшиеся до сего времени в практике серийных сверхзвуковых истребителей, привлекли к самолету «Вигген» внимание самолетостроителей всего мира.

Рис. 2.138. Истребитель «Вигген» в полете.

Рис. 2.139. «Вигген» с выпущенным шасси.

Цена первого серийного самолета (по курсу 1969 г.) составляла около 2,2 млн. долл., а к 1971 г. должна была возрасти до 3,84 млн. долл.

Описание самолета. «Вигген» построен по схеме биплан-тандем без горизонтального оперения. Переднее, треугольное крыло (размах 5,45 м, площадь без центроплана 6,20 м2 ), создающее дополнительную подъемную силу, расположено значительно выше плоскостей основного заднего крыла, имеет больший по сравнению с ним угол установки и оснащено закрылками со сдувом пограничного слоя. Его передняя кромка имеет постоянную стреловидность 60°. Основное крыло (площадь 46,0 м2 , удлинение 2,45 м) выполнено с переменной стреловидностью по передней кромке. Стреловидность уменьшается в околофюзеляжных (45°) и увеличивается в концевых частях (57°). Система аэродинамического управления состоит из классического вертикального оперения с рулем направления (в целях облегчения стоянки самолетов в подземных ангарах киль выполнен складывающимся), а также двухсекционных элевонов, расположенных в хвостовой части основного крыла. Для управления элевонами и рулем направления использованы необратимые гидроусилители. В системах управления рулями применены редукторы с переменным передаточным отношением и автоматы загрузки, обеспечивающие усилия на органах управления в кабине в зависимости от скорости полета. Система управления элевонами сблокирована с управлением закрылками переднего крыла таким образом, что отклонение последних вызывает автоматическое действие элевонов (для компенсации кабрирующего момента.) Управление осуществляется с помощью электронной автоматической системы, которая корректирует ручное управление и может автоматически выполнять различные функции в соответствии с волей пилота: изменение устойчивости, положения и ориентации самолета, поддержание заданной высоты и т.д. Шасси-трехстоечное. Передняя стойка оснащена двумя спаренными управляемыми колесами и убирается вперед. Главные стойки шасси оборудованы двухколесными тележками типа «тандем» и убираются в крыло, причем стойка- амортизатор сжимается до 1/3 хода, а колеса размещаются в горизонтальном положении. Для обеспечения необходимой устойчивости при малых скоростях полета в самолете применен автомат регулировки тяги, который помогает пилоту поддерживать относительно постоянную скорость во время захода на посадку.

Это дает возможность крутого снижения перед посадкой, что вместе с реверсом тяги, включающимся автоматически после выпуска шасси, позволяет сократить посадочную дистанцию. Козырек и откидываемая часть фонаря кабины выполнены из цельных листов стекла, вписаны в контур фюзеляжа и имеют каплевидную форму. Козырек выполнен из предварительно напряженного стекла и рассчитан на динамическую нагрузку, которая может возникнуть в случае столкновения самолета с птицей массой до 2 кг при полете со скоростью 1100 км/ч. В самолете установлено катапультируемое сиденье класса 0-0.

Конструктивная идея самолета такова, что «Вигген» может быть использован для выполнения различных заданий без проведения каких- либо принципиальных изменений конструкции самолета. Например, отсек электронного оборудования спроектирован таким образом, что часть этого оборудования может быть заменена аппаратурой для проведения разведывательных заданий. Конструкция фюзеляжа такова, что место для инструктора в самолете учебно-тренировочной модификации может быть использовано в других модификациях частично для размещения топлива, а частично для размещения электронного оборудования. Кроме того, показатели самолета в модификации штурмовика настолько высоки, что он может использоваться как истребитель без изменения варианта вооружения. Истребитель в учебно-тренировочной модификации со штатным вооружением может выполнять задания по поддержке сухопутных войск.

Планер может быть разделен на следующие узлы: переднюю часть фюзеляжа с кабиной, заднюю часть фюзеляжа, переднее крыло с закрылками и заднее с элевонами, киль с рулем направления. При создании планера использовались в основном классические решения.

Рис. 2.140. Проекции одноместного многоцелевого истребителя «Вигген» 37.

Рис. 2.141. Перископ заднего обзора в самолете «Вигген».

Для повышения прочности силовые элементы выполнены многослойными клееными. Для уменьшения массы использованы сплавы алюминия, титана и жаропрочные синтетические материалы. В качестве основного метода соединения была принята клейка. Обшивка крыльев, закрылки, элевоны и руль направления, тормозные щитки и люки шасси выполнены многослойными. Фюзеляж имеет полумонококовую, а его отдельные элементы – монококовую конструкцию. Допустимая перегрузка планера (с учетом коэффициента безопасности) равна 12 g.

Самолет «Вигген» состоит из ~ 750000 деталей. Основная конструкция насчитывает 17000 отдельных конструктивных элементов, 1100 приборов и устройств, состоящих из 10-1000 элементов, и 50000 стандартных деталей. Двигатель состоит из 80000 деталей. Длина электропроводки составляет 32 км, гидравлической-300 м, топливной-100 м.

Двигательная установка. Все модификации самолета, за исключением JA37, оснащены турбовентиляторным двигателем RM8A, выпускаемым фирмой «Вольво флюгмотор» по лицензии американской фирмы «Пратт-Уитни» (шведская модификация двигателя JT8D-22, разработанного для нужд гражданской авиации). Этот двигатель фирма SAAB оборудовала форсажной камерой и реверсом тяги. Реверс обеспечивает посадку не только на короткие взлетно-посадочные полосы, но и на заснеженные, покрытые льдом площадки, что характерно для продолжительной шведской зимы. В статических условиях двигатель развивает тягу 65,70 кН (6700 кГ) без форсирования и 115,72 кН (11800 кГ) с дожиганием в вентиляторном контуре. На самолете JA37 установлен усовершенствованный двигатель RM8B тягой 72,08 кН (7350 кГ) и 125,04 кН (12750 кГ) соответственно без форсирования и с форсированием. Топливо размещается в шести внутрифюзеляжных баках; имеется возможность подвешивать под фюзеляжем дополнительный топливный бак.

Вооружение. Все вооружение истребителя-бомбардировщика подвешивается на 7 внешних замках: 3 подфюзеляжных и 4 подкрыльных, расположенных на заднем крыле. Общая полезная нагрузка превышает 5000 кг. Основным вооружением самолета являются ракеты класса воздух-земля RB04E (против морских целей) или RB05A (против наземных целей), различного рода неуправляемые снаряды (вплоть до калибра 135 мм), пушки (калибр 30 мм), бомбы и мины в подвесных контейнерах. В модификации истребителя-перехватчика под фюзеляжем стационарно устанавливается пушка «Эрликон».

Летно-технические данные AJ37 JA37

Размах крыла, м 10,60 10,60

Длина, м 16,30 15,37

Высота, м 5,80 5,90

Площадь несущей поверхности, м2 62,20 62,20

Взлетная масса (ном./макс.), кг 16 000/ 13 500/ /20 500 /17000

Грузоподъемность, кг 6000 3674

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 241/330 300/…

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,39/1,77 1,35/…

Максимальное число Маха 2,0 2,0

Максимальная скорость на высоте 12000 м, км/ч 2120 2135

Максимальная скорость у земли, км/ч 1350 1410

Посадочная скорость, км/ч … 220

Время подъема на высоту 10000 м … 1 мин 40 с

Практический потолок, м 18 800

Радиус действия, км 500-1000 476

Длина разбега, м 400 488

Длина пробега, м 500 640

«Мираж» 5 фирмы «Дассо» – одноместный истребитель- бомбардировщик – Франция, 1967 г.

Рис. 2.142. «Мираж» 5 в полете.

История создания. Самолет «Мираж» III, разрабатывавшийся в рамках программы легких самолетов-истребителей, после многочисленных усовершенствований превратился в самолет, существенно отличающийся от своего прототипа. В результате обеспечения характеристик, позволяющих самолету проходить со сверхзвуковой скоростью зоны радиолокационного обнаружения и выполнять полеты на малых высотах при любых метеорологических условиях, взлетная масса последней модификации самолета (III Е) возросла до 13 500 кг. Ориентируясь на создание легких самолетов-истребителей, фирма «Дассо» преследовала цель снижения стоимости самолета и затрат на его обслуживание и эксплуатацию. При этом предполагалось, что самолеты такого класса смогут найти покупателей и в развивающихся странах. Однако сложность оборудования и рост стоимости существенно ограничили эти надежды.

В этой ситуации фирма «Дассо» выпустила на рынок упрощенную модификацию самолета «Мираж» IIIE, который первоначально был обозначен IIIM.5, а затем «Мираж» 5. Цена самолета этой модификации должна была составлять около 1 млн. долл. (по курсу 1966 г.), однако после запуска самолета в производство оказалось, что его стоимость ненамного меньше стоимости «Миража» III. Тем не менее исключение значительной части электронного оборудования снизило эксплуатационные затраты и упростило квалификационные требования, предъявляемые к техническому и летному персоналу. Это расширило круг покупателей среди государств с небольшим военным бюджетом.

К работам над модификацией самолета «Мираж» III приступили в 1966 г., а облет первого опытного образца был осуществлен 19.05.1967 г. Поставка первых серийных самолетов началась в 1968 г. До 1.01.1977 г. в общей сложности было построено 447 самолетов. «Мираж» 5 выпускался в модификациях одноместного истребителя-бомбардировщика, разведчика и двухместного тренировочно-боевого самолета. В настоящее время он находится на вооружении авиации 10 государств, и эти три основные модификации выступают у них под различными обозначениями (как правило, начинающимися с первой буквы названия страны), хотя и незначительно отличаются друг от друга. Выпущены и эксплуатируются самолеты следующих вариантов :

– «Мираж» 5-AD, 5-RAD и 5-DAD (всего 14 самолетов) для Абу-Даби-соответственно истребитель-бомбардировщик, разведчик и двухместный тренировочно-боевой самолеты;

– «Мираж»5-ВА (облет первого состоялся 6.03.1970 г.), 5BR и 5ВБ-для Бельгии (соответственно 27, 63 и 16 самолетов были выпущены бельгийскими предприятиями SABCA), «Мираж» 5-СОА, 5-COR и 5-COD (всего 14 самолетов)-для Колумбии, «Мираж» 5-D, 5-DE, 5-DR и 5-DD (110 самолетов)-для Ливии, «Мираж» 5-Р-для Франции (до этого «Мираж» 5-J предназначался для Израиля, но в связи с эмбарго на поставки оружия Израилю 50 самолетов этой модификации было поставлено французской авиации), «Мираж» 5-G и S-DG-для Габона, «Мираж» 5-М и 5-ОМ-для Заира, «Мираж» 5-Р (22 самолета) и 5-DP (2 самолета)-для Перу, «Мираж» 5-РА (28 самолетов)-для Пакистана, «Мираж» 5-SDE и S-SDD-для Саудовской Аравии и «Мираж» 5-V и 5-БУ-для Венесуэлы.

В 1975 г. на Авиационном салоне в Париже была продемонстрирована модификация с обозначением «Мираж» 50. От своих предшественников этот самолет отличается более мощным двигателем «Атар» 9К.50, что обеспечивает ему скорость до ? = 2,2 и потолок 19 700 м. «Мираж» 50 имеет те же габаритные размеры, что и «Мираж» 5 (за исключением высоты, которая увеличилась до 4,50 м). Замена силовой установки (емкость внутренней топливной системы при этом уменьшена до 3500 л) и частично оборудования привела к тому, что масса пустого самолета возросла до 7200 кг, номинальная взлетная масса-до 9500 кг, а максимальная-до 13 700 кг. В кабине установлено катапультируемое кресло М.4, обеспечивающее безопасное покидание самолета на нулевой высоте и при скорости 167 км/ч.

Описание самолета. «Мираж» 5 внешне отличается от своего прототипа «Мираж» IIIE лишь на 0,52 м большей длиной. Зато «внутренне» новый самолет имеет три важных отличия. Первое из них заключается в использовании упрощенного электронного оборудования и прежде всего в отсутствии радиолокатора «Сирано». Ликвидация радиолокатора и удлинение фюзеляжа позволили разместить все электронное оборудование перед кабиной и освободить отсек, находящийся за кабиной. Там были установлены дополнительные топливные баки емкостью 500 л (аналогичный бак расположен в отсеке ракетного двигателя), благодаря чему емкость топливной системы возросла на 30%. Второй характерной чертой самолета «Мираж» 5 является увеличенная боевая нагрузка (до 4000 кг), причем в полетах на большие расстояния самолет может нести в баках на подвесках дополнительно еще 1000 л топлива. Альтернативный вариант нагрузки-4700 л топлива в подвесных баках и две ракеты «Сайдуиндер». Третьим важным отличием является отказ от ракетного ускорителя SEPR. Отсутствие ускорителя привело к некоторому снижению максимальной скорости, тем не менее «Мираж» 5 без внешних подвесок развивает скорость свыше 2000 км/ч. Благодаря такому уменьшению массы конструкции тактический радиус действия самолета (с нагрузкой 900 кг бомб) возрос до 1300 км при ломаном профиле полета (высоко-низко-высоко), а максимальная дальность-до 4000 км. Упрощение электронного оборудования позволило значительно снизить трудоемкость обслуживания и подготовки самолета к полету (8,5 ч на 1 ч полета). Самолет может эксплуатироваться с наскоро приготовленных аэродромов со слабым покрытием.

Рис. 2.143. Проекции одноместного истребителя-бомбардировщика «Мираж» 5.

Двигательная установка. На всех серийно выпускаемых самолетах «Мираж» 5 используются турбореактивные двигатели «Атар» 9С фирмы SNECMA тягой 41,63 кН (4245 кГ) без форсирования и 62,76 кН (6400 кГ) с форсированием. На опытном образце «Мираж» 50 установлен двигатель «Атар» 9К.50 тягой 49,03 кН (5000 кГ) и 70,61 кН (7200 кГ) соответственно без форсирования и с форсированием. По сравнению с «Миражом» IIIE самолет может нести на наружных подвесках большее число дополнительных баков.

Вооружение. Стационарное вооружение самолета состоит из двух пушек DEFA (калибр 30 мм) с запасом снарядов по 125 шт. на каждую. На семи замках наружных подвесок (4 подкрыльных и 3 подфюзеляжных) самолет может транспортировать различное вооружение, в том числе бомбы по 400 и 250 кг, ракеты AS.30 и «Сайдуиндер» и контейнеры с НУРС калибра 68 мм.

Летно-технические данные

Размах крыла, м 8,22

Длина, м 15,55

Высота, м 4 25

Площадь несущей поверхности, м2 34,85

Масса пустого самолета, кг 6600

Максимальная взлетная масса, кг 13 500

Грузоподъемность, кг 4000

Емкость топливных баков (внутр./внеш.), л 4330/4700

Максимальная удельная нагрузка на крыло, кг/м2 383

Максимальное отношение массы самолета к тяге при форсировании двигателя, кг/даН 2,14

Максимальное число Маха 2,0

Максимальная скорость, км/ч 2120

Максимальная скорость у земли, км/ч 1400

Посадочная скорость, км/ч 400

Практический потолок, м 17000

Радиус действия, км 650-1300

Максимальная дальность (перегоночная), км 4000

Взлетная дистанция (масса ном./макс.), м 700/1600

Посадочная дистанция (при номинальной массе), м 700

«Мираж» G фирмы «Дассо» – двухместный экспериментальный самолет с изменяемой геометрией крыла – Франция, 1967 г.

История создания. К исследованиям самолета с изменяемой геометрией крыла фирма «Дассо» приступила еще до разработки в мае 1964 г. проекта самолета «Дафна» (со взлетной массой около 15000 кг) с двигателями RB.123 фирмы «Роллс-Ройс». Систематические опытно-конструкторские работы над самолетом начались в конце 1964 г. Спустя год результаты были настолько многообещающими, что в октябре 1965 г. фирма получила официальный заказ на строительство опытного образца. В ноябре конструкторы приступили к выполнению рабочих чертежей самолета, который получил обозначение «Мираж» G. Опытный образец с турбовентиляторным двигателем TF-306 фирмы SNECMA был готов в апреле 1967 г., в сентябре проводились его стендовые испытания, в октябре был осуществлен первый опытный подлет над стартовой полосой, а 18 ноября проведен облет самолета. Уже во время четвертого полета начались эксперименты с изменением угла стреловидности, который в седьмом полете составлял уже 70°. Во время летных испытаний была достигнута скорость ? = 2,2. Проведенные испытания подтвердили хорошие летные качества самолета (прежде всего на малых скоростях). Испытания показали, что изменение стреловидности крыла в полете не представляет каких-либо сложностей (даже во время выполнения крутых виражей). До момента аварии, которая случилась 13.1.1971 г., было совершено 316 полетов, за время которых было налетано 400 ч. С 1968 г. фирма «Дассо» работала одновременно над опытным образцом многоцелевого двух- двигательного истребителя изменяемой геометрии «Мираж» G8 (см. выше).

Описание самолета. «Мираж» G выполнен по схеме высокоплана с крылом, имеющим аэродинамическую крутку и нулевой угол установки. Угол стреловидности передней кромки поворотных частей крыла может изменяться в пределах 20-70°. Изменение положения подвижных частей крыла осуществляется с помощью двух гидроприводов, расположенных по оси симметрии самолета. Передача воздействий от гидроприводов осуществляется посредством механической трансмиссии. Гидропривод может развивать усилие 686,46 кН, а воздействие на поворотные части крыла осуществляется с помощью двух винтовых домкратов, что обеспечивает полный поворот консолей за время 12-15 с (даже во время маневра с перегрузкой 3). При увеличении стреловидности крыла его хвостовая часть вблизи корневого сечения должна убираться в специальные ниши фюзеляжа, способ закрывания которых разработан и запатентован фирмой. Он основан на использовании деформируемой, облегающей обшивки, которая обеспечивает требуемую форму фюзеляжа (в месте расположения убираемых хвостовых частей крыла) при любом изменении стреловидности. Был запатентован также способ обеспечения герметичности и функционирования топливной и пневматической систем при изменении стреловидности крыла. Была применена телескопическая система трубопроводов, шарнирно закрепленных на фюзеляже и в корневом сечении поворотной консоли крыла.

Хорошие характеристики самолета «Мираж» G при сверхзвуковом полете (несмотря на сравнительно небольшую тягу двигательной установки) были получены не только благодаря использованию крыла большой стреловидности (малое волновое сопротивление), но также за счет принятой большей удельной нагрузки на крыло (малое сопротивление трению) и использования профилей с относительной толщиной, изменяющейся вдоль размаха от 11 до 4% (при изменении стреловидности от 20 до 70° относительная толщина профиля уменьшается приблизительно в 2 раза). Вдоль всего размаха крыла располагаются предкрылки и двухщелевые выдвижные закрылки, благодаря которым коэффициент подъемной силы при стреловидности 20° составляет 2,8, т. е. в 4 раза больше, чем у самолета «Мираж» III. Максимальный угол отклонения закрылков составляет 52°. Во время взлета и посадки предкрылки выдвигаются в крайнее положение; на остальных режимах полета они находятся в среднем положении, что улучшает управляемость самолета (даже при максимальном угле стреловидности крыла). При стреловидности 70° закрылки и интерцепторы блокируются механически. При минимальной стреловидности и выпущенных закрылках и интерцепторах механически блокируется система поворота консолей крыла. Для уменьшения длины пробега и скорости во время пикирующего полета использованы четырехсекционные тормозные щитки, расположенные по контуру хвостовой части фюзеляжа (перед горизонтальным оперением). Самолет также оснащен тормозным парашютом.

Конструкция фюзеляжа-типичная для всех боевых самолетов, выпускаемых фирмой. Исключение составляет участок, на котором располагается крыло. Остальные части фюзеляжа (в том числе и расположенные по бокам кабины экипажа воздухозаборники) такие же, как у самолета «Мираж» F.2. Первая кабина предназначена для пилота, вторая-для инженераиспытателя. Киль выполнен в виде трехлонжеронной конструкции: внешние лонжероны воспринимают нагрузку от обшивки, а центральный передает эту нагрузку на фюзеляж. Конструкция руля направления-слоистая. Система аэродинамического управления самолетом состоит из интерцепторов, управляемого дифференциального стабилизатора и классического вертикального оперения. Шасси разработано фирмой «Мессье». Его конструкция такая же, как у самолета «Мираж» F.I. Главные стойки шасси оснащены спаренными колесами.

Рис. 2.144. Проекции двухместного экспериментального самолета с изменяемой геометрией крыла «Мираж» G.

Двигательная установка. На самолете «Мираж» G используется турбовентиляторный двигатель TF-306 фирмы SNECMA с тягой на форсаже 101,49 кН (10350 кГ), у которого усовершенствована (по сравнению с самолетом «Мираж» F.2) система дожигания. Топливо массой 4800 кг размещено в фюзеляжных и крыльевых баках.

Летно-технические данные

Размах крыла (макс./мин.), м 13,0/7,0

Длина, м 16,80

Высота, м 5,35

Площадь несущей поверхности, м2 25,0

Масса пустого самолета, кг 10200

Взлетная масса (ном./макс.), кг 15 200/18 000

Емкость внутренних топливных баков, л 4800

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 517/612

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,50/1,77

Максимальное число Маха 2,2

Посадочная скорость, км/ч 212

Практический потолок, м 18 500

Максимальная дальность, км 6500

Продолжительность полета, ч 8

Длина разбега, м 350

Длина пробега, м 305

«Аналог» 144-одноместный экспериментальный самолет с оживальным крылом конструкции А. И. Микояна и А.Н. Туполева- СССР, 1967 г.

Рис. 2.145. Самолеты «Аналог» 144 и Ту-144 на аэродроме (а) и в совместном полете (б).

История создания. Самолет предназначался для полетных исследований при использовании оживального крыла применительно к программе создания сверхзвукового пассажирского самолета ТУ-144. Облет самолета состоялся в 1967 г.

Описание самолета. «Аналог» 144 разработан на основе самолета МиГ-21, от которого он перенял фюзеляж, вертикальное оперение и шасси. Представляет собой среднеплан, построенный по схеме «бесхвостка». Каждое полукрыло оснащено четырехсекционными элевонами. Главные стойки шасси убираются в крыло и в фюзеляж (колеса). Под фюзеляжем находятся четырехсекционные тормозные щитки и подфюзеляжный киль.

Двигательная установка. Аналогична двигательной установке самолета МиГ-21.

Летно-технические данные

Размах крыла, м 11,5

Длина, м 15

Высота, м 4,60

Взлетная масса, кг 9000

Отношение массы самолета к тяге, кг/даН 1,48

Максимальная скорость, км/ч 2500

Потолок, м 20000

Рис. 2.146. Проекции самолета «Аналог» 144.

Многоцелевой одноместный истребитель с изменяемой геометрией крыла конструкции А. И. Микояна – СССР, 1967 г.

Рис. 2.147. Опытный образец многоцелевого истребителя с изменяемой геометрией крыла конструкции А. И. Микояна.

Рис. 2.148. Серийная модификация истребителя.

Рис. 2.149. Серийная модификация истребителя.

История создания. В середине 60-х годов конструкторское бюро А. И. Микояна приступило к разработке истребителя с изменяемой стреловидностью крыла. В самолете, рассчитанном на высокие полетные скорости и универсальное применение, был реализован ряд новых аэродинамических и конструктивных решений. Это потребовало проведения длительных научно- исследовательских и проектно-конструкторских работ, продувок в аэродинамических трубах, наземных и летных испытаний. Опытный образец самолета был публично показан на воздушном параде в Домодедово в августе 1967 г.

Серийные самолеты, поступившие на вооружение военно-воздушных сил, несколько отличались от опытного экземпляра габаритными размерами, носовой частью фюзеляжа, наличием геометрического уступа передней кромки крыла и др.

Первоначально самолет в боевом варианте предназначался для обеспечения превосходства в воздухе и выполнения полетов на перехват. Однако впоследствии с учетом хороших летных характеристик самолета на малых высотах была разработана модификация, предназначенная для непосредственной поддержки войск. Она отличалась формой носовой части, оборудованием и несколько большей грузоподъемностью. Был также разработан двухместный учебно-боевой вариант самолета.

Описываемый самолет находится на вооружении стран Варшавского Договора.

Описание самолета. Истребитель выполнен по схеме высокоплана с крылом изменяемой стреловидности и стреловидным хвостовым оперением большой площади. Консоли крыла крепятся с помощью узлов поворота к центроплану вблизи фюзеляжа, чем обеспечивается наибольший эффект изменения стреловидности (поворачивается практически все крыло, а не часть его).

Изменение продольной устойчивости при повороте крыла, вызываемое перемещением центра давления, компенсируется соответствующим отклонением управляемого стабилизатора. Поворотные части крыла оборудованы четырехсекционными носовыми щитками и трехсекционными закрылками, улучшающими взлетно- посадочные характеристики самолета. Передняя и задняя кромки крыла-прямолинейные; на передней кромке имеется геометрический уступ. Крыло самолета выполнено аэродинамически «чистым»-без гребней и пилонов.

Фюзеляж самолета имеет заостренную носовую часть, в которой располагаются антенна РЛС, приборный отсек, кабина пилота и ниша уборки передней стойки шасси. Кабина пилота с катапультируемым сиденьем класса 0-0 оборудована вписанным в обводы фюзеляжа фонарем, который открывается назад-вверх. Вертикальное оперение самолета-стреловидное, большой площади с удлиненным форкилем. Для повышения путевой устойчивости используется подфюзеляжный киль, складывающийся при взлете и посадке. В нижней части киля, под рулем направления, расположен контейнер тормозного парашюта. Горизонтальное оперение выполнено в виде управляемого дифференциального стабилизатора, с помощью которого осуществляется управление самолетом по крену и тангажу. В хвостовой части фюзеляжа, над поверхностями стабилизатора и под ними, находятся четырехстворчатые тормозные щитки.

Рис. 2.150. Проекции многоцелевого истребителя с изменяемой геометрией крыла конструкции А. И. Микояна.

На самолете применено трехстоечное шасси (передняя стойка со спаренными колесами, главные-с одинарными), убираемое в фюзеляж.

Силовая установка состоит из одного турбореактивного двигателя с многостворчатым регулируемым соплом. Боковые плоские регулируемые воздухозаборники оборудованы устройствами для отвода пограничного слоя с поверхности фюзеляжа и снабжены взлетными и перепускными створками.

На пяти пилонах (двух подкрыльных, расположенных на неповоротных корневых частях крыла, и трех подфюзеляжных) самолет может нести разнообразное вооружение, включая бомбы и управляемые и неуправляемые ракеты. Центральный подфюзеляжный пилон приспособлен для подвески дополнительного топливного бака.

«Ягуар» объединения SEPECAT- одноместный истребитель- бомбардировщик и учебно-боевой самолет-Франция/Великобритания, 1968 г.

Рис. 2.151. Двухместная модификация Т.Мк.2 самолета «Ягуар».

История создания. В 1964 г. штаб французских ВВС сформулировал тактико-технические требования к дешевому и простому по конструкции самолету, предназначенному для выполнения заданий по подготовке летного состава и тактической поддержки, который бы обладал сверхзвуковой скоростью (ЕСАТ). В результате конкурса был выбран проект Вг.121. Параллельно штаб ВВС проводил исследования, преследующие цель разработки сверхзвукового учебно- боевого самолета для замены околозвуковых самолетов «Хантер» фирмы «Хоукер» и «Нэт» фирмы «Фолленд». Предварительные проекты такого самолета были разработаны английскими фирмами «Инглиш электрик» (Р45), «Хантинг» (Н.155) и «Фолленд» (Fol47). С учетом экономической целесообразности правительства Франции и Великобритании подписали 17 мая 1965 г.. соглашение о совместном строительстве самолета, который отвечал бы требованиям обеих стран. За основу был принят французский проект Вг.121; разработка конструкции планера была поручена фирмам «Бреге авиасьон» и «Бритиш эркрафт», а создание двигателя – фирмам «Роллс-Ройс» и «Тюрбомека». На период строительства самолета сотрудничающие фирмы образовали объединение SEPECAT. Спустя 18 месяцев со дня подписания соглашения было начато строительство первого опытного образца (из 10 заказанных 8 предназначались для летных и 2-для прочностных испытаний). Одновременно приступили к стендовым испытаниям двигателя. 10 января 1968 г. было принято решение о серийном производстве 402 самолетов, 202 из которых предназначались для Великобритании. По предварительным расчетам стоимость самолета должна была составлять 1,5 млн. долл., однако уже в 1973 г. британская модификация S стоила 1,5 млн. ф. ст., а французская модификация А-15-16 млн. фр. (1,35-1,45 млн. ф. ст.). До 1976 г. были получены заказы на строительство 426 самолетов ( в том числе по 12 для Эквадора и Омана) следующих модификаций:

– одноместный самолет тактической поддержки «Ягуар» А (160 самолетов для Франции, облет первого самолета 29.03.1969 г.) и «Ягуар» S (165 самолетов под обозначением GR.Mkl для Великобритании, облет 12.10.1969 г.);

– двухместный учебно-боевой самолет «Ягуар» В (для Великобритании, обозначение «Ягуар» Т.Мк2, 30.08.1971 г.) и «Ягуар» E (для Франции, 8.09.1968 г.). 14.11.1969 г. был совершен облет самолета «Ягуар» M-одноместной модификации, предназначаемой для французской палубной авиации (программа разработки этого самолета была аннулирована в 1972 г.). Облет первого серийного самолета «Ягуар» E был осуществлен 2.11.1971 г., самолета «Ягуар» А-20.04.1972 г., «Ягуар» S-11.10.1972 г, «Ягуар» В-22.03.1973 г.

На вооружение французской авиации первые самолеты начали поступать в 1972 г., британской-в 1973 г. До конца мая 1977 г. было выпущено 316 самолетов. Во время полетов один опытный образец самолета разбился (вероятно, вследствие аварии двигателя, после чего был уменьшен допустимый форсаж), у второго поломалось шасси, а у третьего на земле взорвался двигатель.

В августе 1974 г. была начата разработка экспортной модификации самолета «Ягуар Интернэшнл» (на базе модификации «Ягуар» S с усовершенствованным двигателем «Адур» Мк-804 с номинальной тягой 23,40 кН и форсированной тягой 38,25 кН). Облет самолета был совершен 19.08.1976 г. Поставки (в Оман) начались в январе 1977 г.

Описание самолета. «Ягуар» представляет собой высокоплан со стреловидным крылом (угол стреловидности, определяемый по линии фокусов, составляет 40°) удлинения 3,12 при отрицательном угле поперечного V 3°. Конструкция крыла-классическая моноблочная, аналогичная той, которая принята в самолете «Таон» фирмы «Бреге». Передняя кромка с двойной стреловидностью, обеспечивающей большую строительную высоту за счет увеличения хорды при постоянной относительной толщине профиля, имеет небольшой уступ в концевой части крыла, плоскость которого определяет размах предкрылка. Задняя кромка-с малым положительным углом стреловидности – в концевых частях крыла имеет спрямленный участок (для повышения эффективности закрылков и увеличения толщины корневой нервюры). Закрылки – выдвижные, щелевые, секционированные – расположены по всему размаху. Вместо элеронов применены интерцепторы, которые устанавливаются на верхних поверхностях крыла в области внешних секций закрылков.

Рис. 2.152. Проекции одноместного истребителя-бомбардировщика и учебно-боевого самолета «Ягуар».

Рис. 2.153. Проведение ремонтно-профилактических работ на самолете «Ягуар».

Сечение фюзеляжа в носовой части круглое, затем прямоугольное со скругленными углами. Фюзеляж с плоской нижней поверхностью выполнен в соответствии с правилом площадей. В передней части находится радиолокационное оборудование и кабина экипажа, в центральной -топливные баки, в хвостовой-двигатели, а оперение крепится к балочному окончанию фюзеляжа. Фонарь кабины-обтекаемой формы-обеспечивает хорошую видимость благодаря несколько отклоненной вниз носовой части фюзеляжа. В двухместной модификации вторая кабина предназначается для инструктора, кресло которого расположено на 380 мм выше кресла стажера. Индивидуальные фонари кабин открываются вверх-назад. Горизонтальное оперение имеет стреловидность 43° (по линии фокусов). Конструкция киля-моноблочная, руля направления-с многослойной обшивкой. Управляемый дифференциальный стабилизатор имеет отрицательный угол поперечного V 10°. Поворот плоскостей стабилизатора при поперечном управлении сопряжен с отклонением интерцепторов. Конструкция стабилизатора – моноблочная с подвижной относительно фюзеляжа осью. Привод управляющих поверхностей осуществляется с помощью гидравлических серводвигателей. Планер рассчитан на эксплуатационные перегрузки 8,6 ед. и разрушающие + 12,0 ед.

Шасси-трехстоечное; передняя стойка убирается назад, главные-со спаренными колесами-вперед, в боковые ниши фюзеляжа. Требование базирования самолета на наскоро приготовленных аэродромах заставило конструкторов фирм «Мессье» и «Даути» отступить от общепринятого в современной авиации принципа и использовать пневматики низкого давления (0,35 МПа-в передней стойке и 0,49 МПа-в главных) для больших скоростей. Примененные бескамерные пневматики имеют усиленный нейлоновый корд, который характеризуется малым (по сравнению с чисто резиновым) стиранием и пониженным выделением тепла (вследствие меньшей деформации). Передняя стойка шасси-управляемая с возможностью поворота плоскости колес в диапазоне ± 55°. При номинальной взлетной массе самолета шасси допускает посадку с вертикальной скоростью 3,7 м/с. «Ягуар» является единственным в своем классе самолетом, который в спокойных атмосферных условиях может взлетать с площадок с травяным покрытием длиной около 1000 м.

Двигательная установка. Из оперативных требований и соображений безопасности принята двухдвигательная схема с использованием двигателей совместного англо-французского (фирмы «Роллс-Ройс» и «Тюрбомека») производства типа «Адур» RB172/T260. Установленные на первых опытных самолетах двигатели развивали статическую тягу 19,61 кН (2000 кГ) без форсирования и 29,42 кН (3000 кГ) на форсаже. Последние облетанные опытные образцы и 40 серийных самолетов оснащены модифицированными двигателями «Адур» Мк.101 с массой конструкции 729 кг и тягой соответственно 20,54 и 30,82 кН. Благодаря повышению допустимой температуры перед турбиной до 1150°С в двигателе модификации Мк102, используемой в последующих серийных самолетах, тяга была увеличена соответственно до 22,75 кН (2320 кГ) и 32,49 кН (3313 кГ) и в конечном итоге до 23,88 кН (2435 кГ) и 35,60 кН (3630 кГ). Двигатели установлены рядом в почти горизонтальной плоскости, в задней части фюзеляжа. Наклон их продольных осей по отношению к оси самолета составляет 6°. Запуск двигателей осуществляется независимо от наземных источников, с помощью турбостартера. Пять внутренних топливных баков общей емкостью 4500 л расположены в фюзеляже между каналами воздухозаборников и в околофюзеляжных частях крыла. Подкрыльные замки внешних подвесок позволяют нести 4 дополнительных топливных бака. Самолеты «Ягуар» модификаций А, В и S оснащены оборудованием для дозаправки во время полета (топливо- приемник расположен в передней части фюзеляжа, с правой стороны кабины). Два боковых воздухозаборника – прямоугольного сечения, сверхзвуковые, нерегулируемые, с клиновидными генераторами косого скачка и устройствами отвода пограничного слоя.

Вооружение. Все модификации, за исключением «Ягуара» В, имеют стационарное вооружение в виде двух пушек (калибр 30 мм) с запасом снарядов 150 шт. на каждую. Французские самолеты оснащены пушками DEFA, британские – пушками «Эйден» (модификация В оснащена одной пушкой). На самолете имеются пять замков внешних подвесок (по два под консолями крыла и один под фюзеляжем) с общей грузоподъемностью 4500 кг. На подкрыльных замках (грузоподъемность околофюзеляжных 1000 кг,

концевых 500 кг) могут быть подвешены бомбы, контейнеры НУРС SNEB или управляемые ракеты класса воздух-воздух «Мажик» фирмы «Матра». Подфюзеляжный замок (1000 кг) приспособлен для подвески бомб и управляемых ракет класса воздух-земля (тактического ядерного оружия AN-52 в модификации А).

Летно-технические данные

Размах крыла, м 8,69

Длина модификаций А и S (В и Е), м 15,52(16,42) 1)

Высота, м 4,92

Площадь несущей поверхности, м2 24,00

Масса пустого самолета, кг 7000

Взлетная масса (ном./макс.), кг 11000/15 500

Максимальная масса при посадке, кг 8450

Грузоподъемность узлов внешних подвесок, кг 4500

Емкость топливных баков (внутр./внешн.), кг 4500/3600

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 455/641

Максимальная удельная нагрузка на крыло при посадке, кг/м2 349

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,69/2,39

Максимальное число Маха 1,5

Максимальная скорость на высоте 11 000 м, км/ч 1800

Максимальная скорость у земли, км/ч 1300

Посадочная скорость, км/ч 213

Максимальная дальность (перегоночная), км 4210

Практический потолок, м 14 300

Радиус действия, км 575-1315

Продолжительность полета, ч 3

Длина разбега, м 580

Взлетная дистанция, м 940

Длина пробега, м 470

Посадочная дистанция, м 860

1) С ПВД 16,83 (17,53) м.

Ту-144-пассажирский самолет (150 посадочных мест) средней дальности конструкции А. Н. Туполева-СССР, 1968 г.

Рис. 2.154. Предсерийный самолет Ту-144.

История создания. Разработка самолета началась в 1964 г., модель была показана на Парижском Авиационном салоне в 1965 г., а облет совершен 31 декабря 1968 г. В испытательном полете 5 июня 1969 г. на высоте 11000 м была достигнута скорость, соответствующая M = 1,0, а 26 мая 1970 г. на высоте 16 300 м- M = 2,0. До осени 1970 г. опытный образец налетал 100 ч, достигнув максимальной скорости 2430 км/ч и высоты 16900 м. Впервые самолет был показан публично 21 мая 1970 г. в аэропорту «Шереметьево», а затем в 1971 г.-в Париже. В 1971 г. началась подготовка к строительству предсерийных самолетов. Серийные самолеты в отличие от опытных имеют другую форму поперечного сечения крыла, увеличенные размах и длину, убираемое переднее крыло, 8-колесные тележки главных стоек шасси (вместо 12-ко- лесных) и т.д. В 1973 г. эта модификация была показана в Париже. 25.10.1975 г. самолет начал эксплуатироваться на линии Москва-Алма-Ата (грузовые рейсы, с 1.11.1977 г.-пассажирские). Были также совершены пробные рейсы по маршруту Москва-Хабаровск.

Созданию самолета предшествовали обширные теоретические и экспериментальные работы, включавшие многочисленные испытания в аэродинамических трубах и натурных условиях при полетах самолета-аналога.

Описание самолета. Ту-144 представляет собой выполненный по схеме «бесхвостка» низкоплан. Оживальное крыло с отклоненным вниз носком имеет угол стреловидности передней кромки 76° в околофюзеляжных частях и 57° на всей остальной части. У серийных самолетов крыло значительно изменено (кроме увеличения размаха и кривизны профиля, использована аэродинамическая крутка, а концевые части крыла отклонены вниз). Крыло самолета (удлинения 1,63 и сужения 7, многолонжеронной конструкции) состоит из основной и отъемных частей и имеет силовую нагруженную обшивку в виде монолитных фрезерованных панелей. У серийных самолетов предусмотрено дополнительное убирающееся переднее крыло. Это многоразрезное (типа ЦАГИ) прямое крыло с размахом около 3 м и отрицательным поперечным V располагается в носовой части фюзеляжа за кабиной экипажа. Каждая его консоль имеет выпукло- вогнутый профиль и оснащена четырьмя постоянными щелями. Убирающееся переднее крыло используется только во время взлета и посадки.

Управление самолетом осуществляется с помощью четырехсекционных элевонов (на каждой консоли) и двухсекционного руля направления, расположенного на классическом вертикальном оперении. Киль самолета, так же как и крыло, многолонжеронной конструкции, выполнен заодно с хвостовой частью фюзеляжа. Внутренний объем киля использован в качестве топливного кессон-бака.

Фюзеляж круглого сечения имеет носовой обтекатель кабины экипажа, отклоняющийся вниз под углом 12° в условиях взлета и на 17° при посадке. Остекление кабины экипажа прототипа состоит из двух передних, а также боковых окон. Носовой обтекатель снабжен четырьмя продольными удлиненными боковыми окнами, обеспечивающими видимость вперед во время его подъема и в крейсерском полете.

Рис. 2.155. Опытный образец самолета Ту-144 с оживальным крылом.

Рис. 2.156. Серийный пассажирский самолет Ту-144.

Рис. 2.157. Проекции сверхзвукового пассажирского самолета Ту-144.

Существенной модификации подвергнут фюзеляж, который у прототипа предназначался для размещения 100-121 пассажиров, а у серийных самолетов-150 пассажиров в трех салонах вентиляционного типа. В самолетах первого класса кресла располагаются по схеме 1 + 2 на расстоянии 102 см, а в туристском 2 + 3 на расстоянии 87 см. В связи с увеличением длины фюзеляжа предусмотрены дополнительные третьи входные двери и 32 (вместо 25) иллюминатора с каждой стороны. Фюзеляж, состоящий из стрингеров, балок и шпангоутов, скрепленных с обшивкой, конструктивно разделяется на 3 части: носовую, центральную и хвостовую. В носовой части размещаются кабина экипажа (с фонарем, вписанным в обводы фюзеляжа) и отклоняемый носовой обтекатель, выполненный в виде многослойной конструкции из стеклопластика с сотовым заполнителем. Центральная часть, в которой располагаются пассажирские салоны, вместе с носовой частью составляет единый герметичный отсек. Окантовки иллюминаторов, входных, служебных и аварийных дверей изготовлены из фрезерованных панелей. Хвостовая часть фюзеляжа, являясь топливным кессон-баком, выполнена герметичной. Ее законцовка представляет собой контейнер тормозного парашюта. Шасси-трехстоечное. Передняя стойка имеет спаренные колеса. В опытных образцах главные стойки были оснащены убираемыми в консоли крыла 12-колесны- ми тележками, а в серийных самолетах использовались 8-колесные тележки, которые убираются в ниши, находящиеся в гондолах двигателей. Каждая ниша закрывается двумя передними и двумя задними створками. При выпущенном шасси створки открыты и выступают вниз за обводы гондолы. При уборке главных стоек тележки поворачиваются в поперечной плоскости на 90°, а сами стойки убираются в направлении полета. Главные тележки снабжены колесами диаметром 950 мм с давлением в пневматиках 13,5 кГ/см 2 . Планер самолета рассчитан на ресурс 30000 ч и выполнен из сплавов алюминия и титана (преимущественно в виде монолитных укрупненных конструкций).

Самолет оборудован современной электронной аппаратурой, обеспечивающей автоматическое управление на взлете, в полете и при посадке в сложных метеорологических условиях. Благодаря этому экипаж самолета состоит всего из трех человек: двух пилотов и бортинженера (выполнение полетного маршрута также контролируется бортовой автоматикой). Управление самолетом осуществляется при помощи электрогидравлической системы с необратимыми гидроусилителями. В каналах тангажа, курса и крена использованы автоматы загрузки командных рычагов управления, функционирующие в зависимости от угла их отклонения, а также скорости и высоты полета. В канале тангажа, кроме того, применена система автоматической балансировки.

Рис. 2.158. Элементы конструкции самолета Ту-144. a-кинематика носовой части фюзеляжа и профиль переднего крыла; б-главная стойка шасси.

Все основные системы самолета имеют многократное резервирование, что существенно повышает надежность. В целом Ту-144 создан в соответствии с международными нормами летной годности, предъявляемыми к пассажирским самолетам.

Двигательная установка. На опытном самолете используется силовая установка, состоящая из четырех турбовентиляторных двигателей конструкции Н. Д. Кузнецова. Серийные самолеты оснащены усовершенствованными двигателями. Они установлены попарно в двух гондолах длиной около 23 м, размещенных под центропланом. У опытных самолетов гондолы были скомпонованы таким образом, что их задние части образовывали одно целое. У серийных самолетов гондолы удалены от продольной оси самолета на значительное расстояние и представляют собой отдельные конструктивные узлы.

У первого опытного самолета два внешних двигателя были оборудованы устройствами реверса тяги. Однако на продемонстрированном в 1971 г. самолете реверсы тяги были заменены тормозным парашютом. Внешне нетрудно заметить разницу в положении выходных сопел опытных и серийных самолетов. У первых выход сопел расположен в плоскости, лежащей приблизительно на половине хорды элевонов, а у вторых-за задней кромкой. Двигатели снабжены индивидуальными регулируемыми воздухозаборниками прямоугольного сечения. Положение воздухозаборников относительно фюзеляжа соответствует положению косых скачков уплотнения под крылом при полете с крейсерской скоростью. Топливо размещено в кессонных крыльевых баках (около 70 000 кг в опытных и 95000-100000 кг в серийных самолетах). В самолете имеются балансировочные баки, которые расположены в задней части фюзеляжа и наплывах крыла и предназначены для изменения положения центра тяжести самолета во время перехода от дозвуковой скорости полета к сверхзвуковой.

Летно-технические данные Серийный самолет

Размах крыла, м 28,80

Длина, м 65,70 (с ПВД)

Высота, м 12,85

Площадь несущей поверхности, м2 507

Масса пустого самолета, кг 85000

Максимальная взлетная масса, кг 195000

Максимальная масса при посадке, кг 120000

Грузоподъемность, кг 15 000

Емкость внутренних топливных баков, кг 100000

Максимальная удельная нагрузка на крыло, кг/м2 385

Максимальное отношение массы самолета к форсажной тяге, кг/даН 2,29

Максимальная скорость на высоте 20000 м, км/ч 2500

Крейсерская скорость, км/ч 2200

Максимальная дальность полета, км 6500

Потолок, м 18 000

Длина разбега, м 2100

Взлетная дистанция при максимальной массе, м 2600

Длина пробега, м 1900

Посадочная дистанция при максимальной массе, м 2600

«Конкорд» совместной разработки «Аэроспасьяль» и ВАС- пассажирский самолет (108-144 посадочных места) средней дальности- Франция/Великобритания, 1969 г.

Рис. 2.159. Самолет «Конкорд».

История создания. Начатые в 1955 г. в Великобритании ив 1956 г. во Франции исследовательские работы по созданию сверхзвукового пассажирского самолета завершились в 1959-1961 гг. разработкой проектов ВАС-223 (фирма «Бристоль», в 1960 г. вошла в состав корпорации ВАС) и «Сюпер-Каравелла» (фирма «Сюд авиасьон», в 1970 г. вошла в состав государственного объединения «Аэроспасьяль»). Исходя из финансово-экономических соображений, 26.10.1962 г. было подписано соглашение между правительствами Франции и Великобритании о совместном строительстве самолета «Конкорд» (по французскому проекту с использованием английских двигателей). На день ранее подписанное соглашение между ВАС и «Сюд авиасьон» предусматривало, что обе фирмы будут координировать проектные, исследовательские и конструкторские работы нескольких десятков фирм обеих стран. Предполагалось, что около 67% объема работ над конструкцией двигателя и около 40% работ над конструкцией планера (носовая и хвостовая части фюзеляжа, вертикальное оперение, воздухозаборники, электрооборудование и системы: противообледени- тельная, кислородная, противопожарная, а также отдельные узлы кондиционирующей и топливной систем) достанется на долю британских предприятий, а около 60% работ над планером (центральная часть фюзеляжа, крыло с элевонами, шасси, система управления, выходные устройства двигателей, гидравлическая система, радиооборудование, радиолокационное и навигационное оборудование, а также оставшаяся часть системы кондиционирования и топливной системы) и около 33% работ над двигателем выпадет на долю французских фирм.

Согласованный график работ предусматривал облет опытного образца в 1966 г., облет предсерийного самолета в 1967 г., серийного в 1968 г. и выпуск первых самолетов на линию в 1970 г. Было принято обязательство, в силу которого обе страны в равной степени примут участие в покрытии затрат, связанных с опытно- конструкторскими работами, строительством опытных образцов и подготовкой серийного производства. При этом предполагалось, что стоимость работ по созданию самолета (в течение 8 лет) составит 170 млн. ф. ст., а цена самолета не будет превышать 10 млн. долл.

Однако со временем стали возникать технические проблемы, которые затягивали время реализации отдельных этапов программы. Строительство двух опытных образцов (001 строился во Франции, а 002-в Великобритании) началось лишь в феврале 1965 г., а облет первого из них состоялся 2.03.1969 г. Первый предсерийный самолет «Конкорд» 01 (построенный ВАС) был облетан 17.12.1971 г., а первый серийный 201-6.10.1973 г.

21.01.1976 г. два самолета «Конкорд» одновременно начали выполнять регулярные пассажирские рейсы на трассах Париж – Рио-де-Жа- нейро и Лондон – Бахрейн. В общей сложности в 1969-1978 гг. было построено 18 самолетов (2 опытных, 2 предсерийных и 14 серийных), последние из которых были облетаны 21.04.1978 г.

В 1972 г. имелись предварительные заказы на строительство 74 самолетов, однако запрещение полетов сверхзвуковых пассажирских самолетов над территорией США (позднее такой запрет ввели многие страны, в том числе Япония) привело к аннулированию большинства заказов. В результате построено было лишь 5 самолетов для авиакомпании «Бритиш эруэйз» и 4 самолета для «Эр Франс».

По мере развития самолета от опытного образца до серийного он подвергся значительным изменениям, в результате чего изменились не только габариты, масса и характеристики, но и стоимость программы и цена самолета. В проекте «Сюпер-Каравелла» предполагалось, что взлетная масса самолета составит 92 000 кг, а в предварительном проекте «Конкорд»-130 000 кг. В действительности взлетная масса первого опытного образца составила 148 000 кг, а в процессе доработок она возросла до 156 000 кг. Предсерийный самолет уже имел массу около 175000 кг, а серийный-свыше 180000 кг. Соответственно увеличились и габариты, в первую очередь длина фюзеляжа (с 56,24 м у опытного образца и 58,84 м у предсерийного самолета до 61,66 м у серийного самолета).

Согласно проекту, предусматривалось, что самолет будет перевозить 90-110 пассажиров на расстояние ~ 4500 км со скоростью порядка M = 2,2. В настоящее время серийные самолеты могут выпускаться в трех модификациях: 108-112-местные (первый класс), 128-местные (стандартный класс) и 144-местные (туристский класс). Максимальная дальность самолета возросла до 6580 км, однако крейсерскую скорость пришлось ограничить величиной M = 2,04 (на опытном самолете была достигнута скорость M = 2,23). Увеличившаяся масса и затянувшийся период разработки (до 12 лет, с 1962 по 1973 г.) повлекли за собой многократное увеличение затрат по программе и продажной цены самолета. После подведения итогов выяснилось, что за период 1962-1976 гг. Франция и Великобритания вместе израсходовали 1200 млн. ф. ст. Цена самолета, которая в начале 70-х годов составляла 25 млн. долл., в 1974 г.-40,25 млн., возросла в 1976 г. до 60 млн. (включая оборудование и запасные части, необходимые для текущего обслуживания).

Описание самолета. «Конкорд» представляет собой построенный по схеме «бесхвостка» низкоплан с оживальным, поперечно изогнутым крылом удлинения 1,82, изготовленным с применением профилей относительной толщины 3-2,15%. Каждая консоль крыла оснащена трех- секционными элевонами общей площадью 32,0 м2 . Управление по курсу обеспечивается классическим вертикальным оперением с двухсекционным рулем направления.

Фюзеляж выполнен в виде цилиндрической конструкции с относительно малым поперечным сечением. Ввиду значительной длины фюзеляжа и относительно больших углов атаки во время взлета и посадки (около 18°) «Конкорд» снабжен высоким шасси, в результате чего ось самолета находится на высоте 5,4 м над поверхностью земли (двери самолета находятся на такой же высоте, как и у самолета «Боинг» 747). Для увеличения видимости из кабины пилотов во время взлета и посадки носовая часть фюзеляжа может опускаться (5° при взлете и 17,5° при посадке). Шасси – трехстоечное, со спаренными передними колесами и четырехколесными тележками на главных стойках. Давление в пневматиках колес передней стойки составляет 1,23 МПа, а главных 1,26 МПа. «Конкорд» снабжен тремя независимыми гидравлическими системами-двумя основными и одной аварийной. Они обеспечивают работу гидроусилителей управляющих поверхностей, выпуск и убирание шасси, управление передними колесами во время маневрирования на земле, взлета и посадки, опускание и подъем передней части фюзеляжа, работу топливных насосов балансировочной системы и регулирование входных и выходных устройств двигательной установки.

Рис. 2.160. Передняя кромка крыла самолета «Конкорд».

Планер рассчитан на небольшие перегрузки ( + 2,54-1), в связи с чем скорости снижения и маневра самолета ограничены. Для изготовления планера использовались главным образом жаропрочные сплавы алюминия. Из сплавов титана и стали выполнены элементы двигательной установки, обшивка руля направления и некоторые части шасси. Во время исследований было установлено, что максимальная температура обшивки носовой части фюзеляжа, передней кромки крыла и киля будет составлять 120-135°С. Планер самолета имеет полетный ресурс ~ 45 000 ч.

Для обеспечения минимальной массы самолета выбрана конструкция планера, соответствующая принципу равнопрочности всех ее элементов. Кроме того, большая часть конструкции выполнена методом фрезерования целых панелей, что позволило исключить множество соединений, предотвратить деформацию обшивки и изменение формы профиля в полете. Технологическое разделение планера также отличается от традиционного: конструкция разделена на секции, каждая из которых состоит из части фюзеляжа и прилегающей к нему части крыла. Это облегчает соединение лонжеронов крыла с силовыми шпангоутами фюзеляжа. Обшивка крыла выполнена из монолитных, предварительно напряженных панелей, в результате чего достигнуто уменьшение массы планера приблизительно на 20% (по сравнению с традиционными конструкциями).

Двигательная установка. Четыре турбореактивных двигателя «Олимп» 593 совместной разработки фирм «Бристоль» и SNECMA расположены попарно в двух подкрыльных гондолах таким образом, что срез выходных сопел находится в плоскости задней кромки крыла. Двигатели оснащены форсажными камерами и устройствами реверса тяги. Основная задача форсажных камер сводится к увеличению тяги во время взлета и при переходе самолета через скорость звука. Конструкция реверсов тяги обеспечивает во время посадки тормозную силу, равную 45% взлетной тяги. «Олимп» 593 представляет собой усовершенствованный вариант двигателя «Олимп» 22R тягой на форсаже 146,80 кН (14970 кГ), установленного на самолете TSR.2. Первые полеты опытных самолетов 001 и 002 проводились с двигателями 593-1 тягой 128,7 кН (13 080 кГ), затем вместо них были установлены двигатели 593-2В тягой 146,41 кН (14930 кГ) и 593-3? тягой 154,65 кН (15 770 кГ). На предсерийных самолетах 01 и 02, а также на первых серийных были установлены двигатели «Олимп» 593Мк602 с форсажной тягой 169,26 кН (17 260 кГ). На последующих самолетах предполагалось использовать двигатели 593Мк621 со статической тягой, увеличенной до 177,50 кН (18 100 кГ).

Рис. 2.161. Проекции сверхзвукового пассажирского самолета «Конкорд».

У каждого двигателя имеется отдельный регулируемый воздухозаборник прямоугольного поперечного сечения. На взлете и при полете с дозвуковой скоростью (до ? = 0,6) воздухозаборники имеют максимальное входное сечение, а впускные створки дополнительных заборни- ков, находящиеся в нижней части воздушных каналов, перед двигателями и под ними, а также за соплами двигателей на верхней и нижней поверхностях гондолы, открыты. В диапазоне 0,6 ‹ ? ^ 1,3 геометрия воздушного тракта изменяется таким образом, что часть воздуха расходуется на охлаждение двигателя. При этом находящиеся под воздушными каналами створки закрыты. Во время сверхзвукового полета перепускные створки под воздушными каналами и соплами открыты и отводят лишний воздух от двигателя. Находящиеся над соплами створки закрыты.

Топливная система включает 17 кессонных топливных баков, расположенных в крыле и фюзеляже. Их емкость составляет 119786 л. Топливо используется также для изменения положения центра тяжести самолета во время перехода через скорость звука и для охлаждения конструкции. Этой цели служат 4 балансировочных бака (в передних околофюзеляжных частях крыла с максимальной стреловидностью) и 1 бак в хвостовой части фюзеляжа (за задней кромкой крыла).

Летно-технические данные Опытный образец Серийный самолет

Размах крыла, м 25,56 25,56

Длина, м 56,24 62,10

Высота, м 12,19 11,40

Площадь несущей поверхности, м2 358,25 358,25

Масса пустого самолета, кг … 78,700

Максимальная взлетная масса, кг 156000 185065

Максимальная посадочная масса, кг … 111130

Грузоподъемность, кг … 12700

Емкость внутренних топливных баков, л … 119 786

Максимальная удельная нагрузка на крыло, кг/м2 … 517

Максимальное отношение массы самолета к форсажной тяге, кг/даН … 2,73

Максимальное число Маха 2,23 2,04

Полетная скорость на высоте 15635 м, км/ч … 2179

Взлетная скорость, км/ч … 397

Посадочная скорость, км/ч … 300

Скороподъемность, м/с … 25,5

Практический потолок, м … 18 290

Дальность (ном./макс.), км 6100 5110/6580

Взлетная дистанция, м … 3410

Посадочная дистанция, м … 2220

«Мираж-Милан» фирмы «Дассо» – одноместный истребитель- бомбардировщик-Франция, 1969 г.

Рис. 2.162. Истребитель-бомбардировщик «Мираж-Милан» с выпущенными передними крыльями.

История создания. «Мираж-Милан» является модификацией самолета «Мираж» 5, который вызвал значительный интерес в Швейцарии. В целях приспособления самолета к эксплуатации на горных аэродромах с короткими и узкими взлетно-посадочными полосами швейцарское государственное авиапредприятие EFW в Эммене предприняло попытку использования в самолете убираемой несущей поверхности, которая разрабатывалась в EFW еще в 50-х годах для собственного боевого самолета.

Предприятие EFW и фирма «Дассо» за период с ноября 1967 г. по май 1969 г. выполнили необходимые проектные работы по модификации самолета «Мираж» 5, эксперименты в аэродинамической трубе и приступили к летным испытаниям, которые позволили определить оптимальные аэродинамические и геометрические параметры небольших несущих поверхностей, устанавливаемых в передней части фюзеляжа и названных «усами» (moustache). На основании результатов аэродинамических испытаний, полученных к июню 1968 г., фирма «Дассо» построила опытный образец самолета под названием «Мираж-Милан» со стационарными «усами», на котором проводились последующие исследования взлета, полета на малых скоростях и посадки.

29.05.1969 г. был совершен полет, во время которого впервые была предпринята попытка убирания и выпускания «усов». За все время проведения опытно-конструкторских работ был построен только один опытный экземпляр самолета.

Описание самолета. «Мираж-Милан» представляет собой выполненный по схеме «бесхвостка» низкоплан, с основным треугольным крылом и убираемым небольшим дополнительным передним крылом, расположенным в носовой части фюзеляжа. Конкретное конструктивное решение охраняется совместным патентом EFW и «Дассо». Наряду с «усами» рассматривалась также возможность использования двух других технических решений: неубираемого крыла, располагаемого непосредственно за воздухозаборником, которое, однако, оказалось малоэффективным, и дополнительного неуправляемого крыла по образцу самолета «Вигген» (от этого решения отказались в связи с патентными ограничениями). Самолет «Мираж-Милан» по конструктивной схеме в некоторой степени аналогичен самолетам ХВ-70А фирмы «Норт Америкен» и «Гриффон» 1500 фирмы «Нор». Новым является то, что дополнительные несущие поверхности выдвигаются только при малых скоростях полета (до 600 км/ч) и оптимизированы именно для таких условий. В результате на этапах взлета и посадки эффективность дополнительных несущих поверхностей максимальна, а при сверхзвуковом полете они не создают помех.

Переднее крыло (1,7% площади несущей поверхности самолета) изготовлено с применением модифицированного профиля St-Cyrl56. Модификация сводилась к двукратному увеличению кривизны средней линии и введению двух щелей, образующих своего рода механизацию в виде постоянных предкрылков и постоянных однощелевых закрылков. Такая механизация крыла предотвращает срыв потока при больших углах атаки и тем самым обеспечивает необходимую подъемную силу на таких режимах полета. «Усы» в выпущенном состоянии имеют угол установки 19° и положительный угол поперечного V 15°. Каждая поверхность может поворачиваться относительно собственной оси. Такой поворот осуществляется с помощью общей приводной системы, состоящей из электродвигателя, ходового винта, траверсы, рычага и поворотного кулачка. Убираются «усы» в боковые ниши, которые находятся в передней части фюзеляжа и закрываются подвижными подпружиненными створками, обеспечивающими герметическое закрывание ниш в положении «убрано». Масса всей системы составляет 50 кг. Выпускание «усов» длится 6-7 с. Применение дополнительных несущих поверхностей позволило уменьшить разбег самолета на 300 м и увеличить его грузоподъемность на 1000 кг при одновременном улучшении маневренности.

Рис. 2.163. Проекции истребителя-бомбардировщика «Мираж-Милан».

Двигательная установка. Улучшение характеристик самолета «Мираж-Милан» по сравнению с самолетом «Мираж» 5 было достигнуто наряду с «усами» также благодаря использованию нового, более мощного двигателя «Атар» 9К-50. Этот двигатель (при несколько меньшем потреблении топлива) развивает тягу 49,03 кН (5000 кГ) без форсирования и 70,61 кН (7200 кГ) с форсированием. Впервые двигатель «Атар» 9К-50 был использован в полете 29.05.1970 г., и уже во время седьмого полета самолет достиг скорости M = 2,0. Самолет с этим двигателем имел лучшие характеристики взлета и посадки по сравнению с самолетом, оснащенным двигателем «Атар» 9С, с выпущенными «усами». Это улучшение прежде всего касается уменьшения

длины разбега на 20% (т. е. еще на 300 м, а в совокупности с действием «усов»-на 600 м). С другой стороны, при сохранении длины разбега неизменной имеется возможность дополнительного увеличения взлетной массы самолета на ~ 1000 кг. Таким образом, отношение полезной нагрузки (топливо, боеприпасы, вооружение) к массе пустого самолета «Мираж-Милан» достигло значения ~ 1,0, причем грузоподъемность на внешних замках превысила 4000 кг. Во время полетов было установлено, что при такой полезной нагрузке необходимая длина взлетно- посадочной полосы для аэродрома, расположенного на высоте 500 м над уровнем моря, при температуре окружающей среды 32°С составляет ~1600 м.

Летно-технические данные

Размах крыла, м 8,22

Длина, м 15,55

Высота, м 4,25

Площадь несущей поверхности, м2 34,85

Масса пустого самолета, кг 7200 1)

Взлетная масса (ном./макс.), кг 9700/14000

Грузоподъемность, кг 4200

Емкость топливных баков (внутр./внешн.), л 3775/4700

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 278/402

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,38/1,94

Максимальное число Маха 2,2

Максимальная скорость на высоте 12000 м, км/ч 2336

Максимальная скорость у земли, км/ч 1400

Скорость полета с внешними подвесками, км/ч 950

Максимальная дальность, км 4000

Радиус действия, км 6404-1300

Длина разбега, м 650-1600

Взлетная дистанция (при максимальной массе), м 1180

Посадочная дистанция (при максимальной массе), м 560

1) С пилотом и двумя ракетами «Сайдуиндер».

«Томкэт» F-14 фирмы «Грумман»-многоцелевой двухместный истребитель с изменяемой геометрией крыла-США, 1970 г.

Рис. 2.164. Многоцелевой истребитель с изменяемой геометрией крыла F-14A. а- на аэродроме; б, в-в полете.

История создания. В феврале 1968 г. военная комиссия сената США решила прекратить серийное производство самолета F-111B по причине слишком больших его размеров для использования в палубной авиации. В связи с этим был объявлен конкурс на разработку истребителя VFX, который в январе 1969 г. выиграла фирма «Грумман», представившая модель ЗОЗЕ. Лишь позже стало ясно, что еще в 1967 г. фирма приступила к разработке нового самолета (по согласованию с командованием военно-морской авиации), а объявление конкурса было простой фикцией. Контракт на строительство 12 самолетов был подписан 4.02.1969 г., а уже 21 декабря 1970 г. был совершен облет первого опытного образца. Новый самолет получил военное обозначение F-14A и традиционное для фирмы название из семейства кошек «Томкэт» («Кот»). До облета опытного образца были проведены испытания в аэродинамической трубе общей продолжительностью ~ 19 000 ч, из которых ~ 9000 ч потрачено на исследования двигателей. Во время второго полета (30.12.1970 г.) незадолго до посадки вышла из строя гидравлическая система, что послужило причиной катастрофы. Несмотря на это, работы не прекращались. Второй опытный образец был облетан в мае 1971 г. Приемо-сдаточные испытания были проведены в 1972 г., а весной 1973 г. самолет начал эксплуатироваться в летных подразделениях. До конца 1979 г. было выпущено 380 самолетов для авиации ВМС США. Первоначально планировалось строительство 710 самолетов с единичной стоимостью 11,5 млн. долл., однако в 1975 г. заказ был ограничен 386 самолетами. 5.12.1975 г. был осуществлен облет первого из 80 заказанных Ираном самолетов, поставки которому предполагалось завершить в 1980 г. (впоследствии на эти поставки было наложено эмбарго). Трудоемкость монтажа первых серийных самолетов составляла около 30000 чел.-ч, затем она снизилась до 12 500 чел.-ч (на 100-м экземпляре). В конце 1973 г. стоимость самолета составляла 13,9 млн. долл., а в 1978 г. 16,6 млн. долл.

В соответствии с тактико-техническими требованиями авиации ВМС США самолет F-14A может выполнять задания палубного истребителя-перехватчика и самолета прикрытия. Способность самолета выполнять разнообразные задания стоила ему значительного увеличения взлетной массы и массы конструкции по сравнению с предварительными оценками. В результате этого тяга примененной силовой установки оказалась на 30% меньше по сравнению с необходимой, что привело к ухудшению летных характеристик самолета. Ввиду этого, кроме базовой конструкции F-14A, была разработана модификация F-14B с более мощной двигательной установкой (опытный образец № 7). Его облет состоялся 12.09.1973 г. Предполагалось, что эта модификация будет запущена в серийное производство, начиная с самолета № 70. Однако дальнейшие работы над самолетом были прекращены по причине аннулирования программы разработки нового двигателя.

Рис. 2.165. Истребитель F-14A в полете со сложенными крыльями.

На базе самолета F-14B была спроектирована нереализованная модификация F-14C с усовершенствованной навигационной системой, позволяющей атаковать наземные цели при любых погодных условиях.

До конца марта 1978 г. разбилось 26 самолетов (из 270 эксплуатировавшихся). Установлено, что большинство аварий было вызвано низкой надежностью двигателей. После двух катастроф, которые произошли при одинаковых обстоятельствах 21 и 23 июня 1976 г., были запрещены полеты всех самолетов F-14. Было решено на первом этапе дополнительных работ модернизировать находящиеся в эксплуатации двигатели (усилить лопатки вентилятора, а сами двигатели сделать безопасными в случае отрыва лопаток). Ввиду недостаточной тяги силовой установки предполагалось, что на втором этапе двигатели TF-30 будут заменены новыми, более мощными. В конечном счете пришлось использовать на самолете двигатели из серии F401 (предназначавшиеся для самолета F-18), тяга которых была все же меньше требуемой. Эта программа усовершенствований и замены двигателей обошлась в 1,7 млрд. долл.

На базе самолета F-14A разрабатываются ударный самолет для действия по наземным целям А-14 и самолет радиопротиводействия EF-14.

F-14A отличается от других машин этого класса более мощным вооружением и увеличенным радиусом действия. Изменяемая автоматически в зависимости от скорости и высоты полета стреловидность крыла обеспечивает ему высокую маневренность. Так, в ходе учебных воздушных боев между F-14A и лучшим истребителем ВВС США F-15A первый превосходил соперника на форсированных разворотах с переходом в крутую горку. В учебных боях с самолетами F-106, F-4 и А-4 летчики, пилотирующие F-14A, использовали маневр «ножницы» – резкое торможение с выходом на большие углы атаки (при «распрямлении» крыла в процессе маневра), что приводило к проскакиванию вперед самолета-преследователя и превращению его в мишень. Однако основным преимуществом самолета перед другими, в частности F-4, является малый радиус разворота. В связи с этим F-14A считается лучшим истребителем ВМС США для выполнения задач перехвата и нанесения ударов по наземным и морским целям.

Описание самолета. «Томкэт» представляет собой построенный по классической схеме высоко- план, оснащенный крылом изменяемой геометрии, обеспечивающей изменение угла стреловидности передней кромки в диапазоне 20-68°. Для уменьшения занимаемой на авианосцах площади можно дополнительно складывать крылья под углом 75°. Изменение стреловидности во время полета осуществляется автоматически (или в соответствии с желанием пилота) в зависимости от условий. Автомат управления может быть запрограммирован на достижение максимальной скорости или максимальной подъемной силы. Скорость полного поворота консолей при переходе от минимального угла стреловидности к максимальному составляет 7°/с. Подвижные консоли крыла оснащены двухсекционными предкрылками, трехсекционными однощелевыми закрылками и четырехсекционными интерцепторами, а неподвижные части-выдвигаемыми дестабилизаторами и аэродинамическими гребнями. Предкрылки и закрылки (с углами отклонения 17 и 35° соответственно) используются во время взлета и посадки, а также при выполнении маневра (8,5 и 10°). Их отклонение возможно только при угле стреловидности, не превышающем 50°. Максимальный диапазон отклонения интерцепторов составляет 55°, однако их работа возможна до стреловидности крыла 57°. При увеличении стреловидности до 62° интерцепторы механически блокируются в положении «убрано». Дестабилизаторы (в виде небольших треугольных пластин) могут выдвигаться вперед из центропланных частей крыла автоматически в зависимости от скорости полета или вручную по командам пилота. При полетах с M › 1,4 возможно лишь автоматическое управление. Система обеспечивает линейное изменение угла выдвижения дестабилизаторов от 0 (при M = 1,0) до 15° (при M › 1,1) и от 5° (на высоте 2150 м) до 15° (на высоте 3050 м).

Управление самолетом осуществляется с помощью интерцепторов, управляемого дифференциального стабилизатора и рулей направления, расположенных на двухкилевом разнесенном вертикальном оперении, дополненном двумя подфюзеляжными килями. Горизонтальное стреловидное оперение (угол стреловидности 51 °) имеет диапазон углов отклонения + 14ч- 35°. При максимальной стреловидности крыла необходимая поперечная управляемость обеспечивается с помощью дифференциального стабилизатора. Кили (со стреловидностью 47° по передней кромке) имеют угол развала 5°. Рули направления отклоняются симметрично в обе стороны на угол ± 30°. На верхней и нижней поверхностях фюзеляжа, между плоскостями вертикального оперения, расположены два тормозных щитка. Они используются во время пикирования, пуска ракет и посадки (на этом режиме полета нижний щиток имеет ограниченный угол отклонения).

Характерной чертой самолета являются две входящие в конструкцию фюзеляжа двигательные гондолы, предопределяющие как конфигурацию, так и площадь его поперечного сечения. В конусообразной носовой части фюзеляжа находится кабина экипажа с расположенными друг за другом катапультируемыми сиденьями класса 0-0 (для пилота и штурмана). С учетом возможности одновременного катапультирования направляющие для катапультирования сиденья пилота отклонены влево, а штурмана – вправо относительно плоскости симметрии самолета. Фонарь кабины состоит из неподвижной передней и открываемой вверх-назад задней части. На самолете установлено трехстоечное шасси, аналогичное примененному на самолете «Интрудер» А-6. Все стойки шасси убираются вперед. Главные стойки, с одинарными колесами, крепятся и убираются в околофюзеляжные части крыла. Во время уборки колесо поворачивается относительно стойки, чем обеспечивается его плоское положение. Передняя стойка, со спаренными колесами, убирается в находящуюся под креслом пилота нишу.

Планер самолета рассчитан на эксплуатационную перегрузку +6,5 и обладает летным ресурсом 6000 ч. 39% массы конструкции составляют элементы из сплавов алюминия, 24%-титана, 17%-из легированной стали и 20%-из синтетических материалов. Центроплан коробчатой конструкции (для размещения топливного кессон-бака) заканчивается четырьмя проушинами крепления подвижных частей крыла. Он полностью выполнен из сплавов титана методом электронно-лучевой сварки и имеет многослойную обшивку. Поворотные консоли крыла выполнены по двухлонжеронной схеме с обшивкой из сплава титана и дюралевых стрингеров и нервюр. Конструкция килей и стабилизаторов также двухлонжеронная, но со многослойной обшивкой. Предкрылки, закрылки, интерцепторы и руль направления также имеют многослойную обшивку. Балочной конструкции фюзеляж с коваными силовыми шпангоутами выполнен из сплавов титана. На F-14A установлена многорежимная обзорно- прицельная система AN/AWG-9, которую используют оба члена экипажа. Система состоит из импульсной доплеровской РЛС поиска, обнаружения, сопровождения целей и наведения, а также инфракрасного датчика поиска и целеуказания. Система обеспечивает обнаружение истребителей на расстоянии до 160 км, а крылатых ракет-до 110 км. Она позволяет автоматически сопровождать до 24 целей на проходе при сканировании, а также захватывать маневренные цели в ближнем бою. Аппаратура обеспечивает возможность одновременного наведения шести ракет «Феникс» на шесть различных целей, находящихся на разных высотах и удалениях. ИК-датчик используется для целеуказания ракетам с инфракрасной головкой самонаведения «Супер-Сайдуиндер». Под носовой частью фюзеляжа установлены система опознавания целей ASX-1 оптоэлектронного типа и телевизионная камера, позволяющие осуществлять визуальное распознавание целей на дальности более 8 км.

Рис. 2.166. Проекции многоцелевого истребителя с изменяемой геометрией крыла «Томкэт» F-14.

Двигательная установка. Опытные образцы (за исключением № 7) и серийные самолеты оснащались двумя двухвальными турбовентиляторными двигателями TF-30-P-412A фирмы «Пратт-Уитни» с усовершенствованной системой дожигания (по сравнению с модификацией двигателей, устанавливаемых на F-111 и дозвуковом самолете «Корсар» II А-7), обеспечивающей тягу 88,90 кН (9070 кГ). На самолетах F-14B использовались двигатели той же фирмы F401-PW-400 общей тягой на форсаже 249,97 кН (25 490 кГ), представляющие собой усовершенствованный вариант двигателя F100-PW-100, устанавливаемого на самолете F-15. Прямоугольного сечения боковые воздухозаборники регулируются с помощью подвижных рамп и перепускных створок, управляемых гидроприводом. Топливо размещается в баках поворотных и центропланных частей крыла, а также в центральной и хвостовой частях фюзеляжа. Самолет оснащен оборудованием для дозаправки в полете и подфюзеляжными узлами подвески, к которым могут крепиться два дополнительных бака.

Вооружение. Стационарное вооружение самолета состоит из шестиствольной пушки «Вулкан» М61-А1 калибра 20 мм, расположенной в передней части фюзеляжа (боезапас 675 снарядов). На двенадцати наружных подвесках самолет может нести ракеты класса воздух-поверхность AGM-53A «Кондор» и AGM-65 «Мейверик», блоки НУ PC «Зуни», ракеты класса воздух-воздух «Сперроу», «Феникс» и «Сайдуиндер», управляемые (GBU-15) и неуправляемые бомбы (включая ядерные) и контейнеры аппаратуры лазерного и телевизионного наведения общей массой 6577 кг.

Летно-технические данные F-14A

Размах крыла (макс./мин.), м 19,45/11,64

Длина, м 18,89

Высота, м 4,88

Площадь несущей поверхности (мин./макс.), м2 59,3 1) /72,5

Масса пустого самолета, кг 18100

Взлетная масса (ном./макс.), кг 24300/33 724

Максимальная посадочная масса, кг 23 510

Грузоподъемность, кг 6577

Емкость топливных баков (внутр./внешн.), кг 7348/1724

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 448/569

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,37/1,90

Максимальное число Маха 2,40

Максимальная скорость на высоте 12000 м, км/ч 2550

Скорость у земли, км/ч 1470

Скорость посадки/взлета, км/ч 222/185

Вертикальная скорость, м/с 160

Практический потолок, м 21 000

Дальность (ном./макс. с грузом 3300 кг), км 1754/2140

Длина разбега, м 366

Длина пробега, м 488

1) Ориентировочно, в некоторых источниках приводится величина 52,49 м2 .

«Мираж» G.8 фирмы «Дассо» – многоцелевой одноместный (двухместный) истребитель с изменяемой геометрией крыла – Франция, 1971 г.

Рис. 2.167. Опытный образец истребителя «Мираж» G.8.

История создания. После анализа результатов испытаний и эксплуатации однодвигательного опытного образца «Мираж» G, а также серийных самолетов F-111 представители ВВС Франции выступили в 1968 г. с предложением разработки двухдвигательного варианта. Эта модификация получила наименование «Мираж» G4. После разработки эскизного проекта и проведения массового анализа оказалось, что взлетная масса самолета будет составлять ~ 27 000 кг. Поскольку такая масса оказалась слишком большой для палубной авиации, то проект был подвергнут значительной переработке. При этом было запланировано изготовить два опытных образца: прототип двухместного истребителя- бомбардировщика (для выполнения заданий на малых высотах) и прототип одноместного истребите ля-перехватчика. 8 мая 1971 г. был совершен облет первого (двухместного) опытного образца, обозначенного «Мираж» G.8.01, с взлетной массой ~ 20 000 кг. Облет второго опытного образца G.8.02 состоялся 13 июля 1972 г.

Программа летных испытаний первого образца была завершена в середине 1973 г. после выполнения 220 полетов. Во время испытаний стреловидность крыла последовательно изменялась в диапазоне 23-55-73°. На малой высоте была достигнута максимальная скорость 1390 км/ч, а на большой-? = 2,2. Максимальный потолок составил 20000 м. Испытания одноместного опытного образца продолжались и в 1974 г. 13 июля 1973 г. на нем была достигнута максимальная скорость ? = 2,34 (на высоте 15000 м).

При планировании опытно-конструкторских работ предполагалось, что серийное производство самолетов G.8 развернется в конце 70-х годов и что они будут приняты на вооружение вместо самолетов «Мираж» IIIC и IIIE.

В 1974 г. фирма «Дассо» свернула работы над самолетами с изменяемой геометрией крыла, придя к выводу, что приемлемые летные характеристики при малых скоростях могут быть достигнуты значительно более простыми и дешевыми средствами. Приобретенный опыт был использован при разработке перспективного боевого самолета «Сюпер-Мираж» ACF (Avion de Combat Futur, первоначальное обозначение «Мираж» G84), общая схема которого соответствует самолету «Мираж» G8 с неподвижным крылом, имеющим угол стреловидности 55°. Модель этого самолета, разрабатывавшегося в вариантах одноместного истребителя-бомбардировщика и двухместного самолета-разведчика дальнего проникновения с максимальной скоростью M = 2,5, была показана в 1973 г. на Парижском авиационном салоне. В 1974 г. от концепции этого самолета отказались и приступили к работам над самолетом «Мираж» 2000.

Согласно опубликованным фирмой в начале 70-х годов данным, применение в сверхзвуковом самолете крыла изменяемой геометрии не было связано с большими техническими трудностями, однако это привело к удорожанию самолета на 10% и увеличению его взлетной массы на 3% по сравнению со стоимостью и массой обычного самолета аналогичного назначения.

Описание самолета. По сравнению с самолетом «Мираж» G опытные образцы G8.01 и G8.02 отличались большими габаритами, диапазоном изменения угла стреловидности, одноместной кабиной экипажа, спаренными колесами передней стойки шасси, усовершенствованным электротехническим оборудованием, использованием двухдвигательной силовой установки и способностью нести разнообразное вооружение. Максимальный размах крыла самолета увеличился на 3,25 м, а минимальный-на 1,92 м (при изменении угла стреловидности по передней кромке с 20^70 до 23-73°). Длина самолета увеличилась на 2,98, а высота-на 0,45 м. Возросшие габариты самолета и использование двухдвигательной силовой установки привели к увеличению взлетной массы самолета на 5800 кг.

Двигательная установка. На опытных образцах G8 использовались два турбореактивных двигателя «Атар» 09К-50 фирмы SNECMA тягой 49,03 кН (5000 кГ) без форсирования и 70,60 кН (7200 кГ) с форсированием каждый, т. е. двигатели, устанавливавшиеся на истребителе «Мираж» F.1C. Самолет G8 проектировался таким образом, что в будущем на нем можно было устанавливать более совершенные турбовентиляторные двигатели М-53 фирмы SNECMA, которые позднее стали использоваться на самолете «Мираж» F.1E.

Рис. 2.168. Проекции многоцелевого истребителя с изменяемой геометрией крыла «Мираж» G.8-01.

Рис. 2.169. Истребители «Мираж» G.8 в групповом полете.

Летно-технические данные

Размах крыла (макс./мин.), м 15,25/8,92

Длина, м 19,78

Высота, м 5,80

Площадь несущей поверхности (макс./мин.), м2 33,5/41,0 1)

Взлетная масса (ном./макс.), кг 21000/23 800

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 627/710

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,49/1,68

Максимальное число Маха 2,5

Максимальная скорость у земли, км/ч 1430

Вертикальная скорость, м/с 233

Посадочная скорость, км/ч 197

Длина разбега, м 400

Длина пробега, м 450

Потолок, м 20000

1) Ориентировочная величина.Некоторые источники приводят значение 37,0 м 2 .

T-2/F-2 фирмы «Мицубиси»-многоцелевой двухместный самолет (учебно-тренировочный и истребитель-бомбардировщик)-Япония, 1971 г.

Рис. 2.170. Самолет Т-2 во время взлета.

История создания. Период послевоенного застоя в авиационной промышленности Японии закончился в 1955 г., когда было организовано лицензионное производство самолетов (в частности, сверхзвуковых F-104J, F-104DJ и F-4EJ) и вертолетов США. В 1958 г. был произведен облет первого самолета собственной конструкции -учебно-тренировочного с реактивным двигателем- «Фудзи» Т-1. Позднее появились двухмоторные винтовые самолеты NAMCYS-11 (пассажирский, 1962 г.) и MU-2 (служебный, 1963 г.), четырехмоторная летающая лодка «Шин-Мейва» PS-1 (для уничтожения подводных лодок, 1967 г.) и самолет с ракетной силовой установкой NAMC С-1 (транспортный, 1970 г.). В 1967 г. было признано возможным и целесообразным приступить к разработке собственного боевого самолета, который, начиная с 1975 г., придет на смену учебно-тренировочным самолетам «Фудзи» Т-1, Т-33 фирмы «Локхид» и истребителям-бомбардировщикам «Сейбр» F-86F фирмы «Норт Америкен». Таким образом, новый самолет следовало разрабатывать как многоцелевой: учебно-тренировочный (в первом варианте) и истребитель- бомбардировщик (во втором варианте). Заказ на разработку самолета фирма «Мицубиси» получила в августе 1967 г.

13 октября 1968 г. было начато строительство металлического макета, в марте 1971 г. начались статические испытания планера, а в апреле было закончено строительство первого опытного образца. Разработанный под руководством К. Икеда самолет получил обозначение ХТ-2 и после проведения наземных испытаний был облетан 20 июля 1971 г. Облет второго опытного образца состоялся 2.12.1971 г.

В соответствии с планами командования ВВС Японии строительство первых предсерийных самолетов должно было начаться во второй половине 1972 г., однако в 1972 г. приступили лишь к эксплуатационным испытаниям первых двух опытных образцов в воздушных подразделениях. Они были завершены в марте 1974 г., после чего до января 1975 г. проводились ресурсные прочностные испытания. Затянувшиеся испытательные работы привели к тому, что первый серийный самолет Т-2 был выпущен в марте 1975 г. Планировалось строительство 59 учебно-тренировочных самолетов (30 самолетов Т-2 для технической и 29 T2-2A для боевой подготовки летчиков), 2 опытных образца одноместных истребителей-бомбардировщиков FS-T2-KAI (предназначаемых для замены самолетов F-86F), облет которых был осуществлен в июне 1975 г., и 68 самолетов F-1. Облет первого серийного самолета состоялся в июне 1977 г. Внешний вид самолета и его очертания напоминают англо-французский «Ягуар».

Описание самолета. Самолет Т-2 представляет собой двухместный, двух двигательный высоко- план с крылом переменной стреловидности по передней кромке (68° в корневых и 42° в остальных частях), отрицательным углом поперечного V, равным 9°, и геометрическим уступом передней кромки. Самолет предназначен для полетов с большими скоростями, поэтому для поперечного управления используются только двухсекционные интерцепторы. Отказ от элеронов позволил разместить закрылки почти по всему размаху. Благодаря этому комбинация интерцепторов, предкрылков и закрылков (предкрылки и закрылки выдвигаются одновременно, что существенно увеличивает подъемную силу крыла) обеспечивает самолету хорошие взлетно- посадочные характеристики. Фюзеляж выполнен в соответствии с правилом площадей, а его нижняя поверхность отвечает требованиям, предъявляемым к так называемым несущим фюзеляжам. Двухместная кабина экипажа (с местами «тандем») имеет секционированный, отдельный для каждого члена экипажа фонарь, открываемый вверх-назад. Для обеспечения монтажа и демонтажа двигателей задняя часть фюзеляжа выполнена разъемной. В его нижней части расположены два подфюзеляжных киля, способствующие увеличению путевой устойчивости самолета. На нижней поверхности центральной части фюзеляжа имеются два тормозных щитка. Управляемый стабилизатор установлен с отрицательным углом поперечного V, равным 15°. Классическое вертикальное оперение большой площади снабжено рулем направления. Трехстоечное шасси крепится к фюзеляжу и оснащено одинарными колесами с такими же пневматиками, как и у самолета F-104J (с давлением 1,22 МПа на главных стойках). Главные стойки после поворота на 90° убираются вперед, в фюзеляж, а передняя стойка – назад.

Двигательная установка. Силовая установка самолета состоит из двух турбовентиляторных двигателей R.B. 172/2.260-50 «Адур» фирм «Роллс-Ройс» и «Тюрбомека» статической тягой 20,95 кН без форсирования и 31,77 кН (3240 кГ) с форсированием каждый, выпускаемых по лицензии фирмой «Исикавадзима». Топливо находится в семи баках (общей емкостью 3823 л), размещенных в фюзеляже, между воздушными каналами двигателей. Под фюзеляжем имеется замок, на который может подвешиваться дополнительный топливный бак емкостью 900 л.

Рис. 2.171. Проекции многоцелевого самолета Т-2.

Вооружение. Вооружение самолета состоит из скорострельной пушки «Вулкан» М61А-1 калибра 20 мм, установленной в левой нижней части фюзеляжа (перед воздухозаборником), и ракет с ИК-системой самонаведения, подвешиваемых на концах крыла. На самолете имеются пять узлов внешних подвесок, на которых он (в модификации штурмовика) может нести 8-12 бомб (массой 225 кг каждая), 2-4 ракеты и контейнеры НУРС.

Летно-технические данные Т-2

Размах крыла, м 7,88

Длина, м 17,85

Высота, м 4,39

Площадь несущей поверхности, м2 21,18

Масса пустого самолета 1) , кг 6197

Максимальная взлетная масса 1) , кг 9675

Емкость топливных баков (внутр./внешн.), л 3823/2500

Максимальная удельная нагрузка на крыло 1) , кг/м2 457

Отношение массы самолета к форсажной тяге 1) , кг/даН 1,49

Максимальное число Маха 1,6

Максимальная скорость на высоте 11 000 м, км/ч 1700

Вертикальная скорость, м/с 178

Время подъема на высоту 11000 м (модификация F-1), мин 2

Практический потолок, м 15240

Максимальная дальность, км 2870

Радиус действия (F-1), км 555

Длина разбега (F-1), м 1280

Взлетная дистанция при максимальной массе, м 1525

1) У модификации F-1 эти параметры имеют следующие (соответственно) значения: 6358 кг; 13 674 кг; 643 кг/м2 ; 2,10 кг/даН.

«Кфир» фирмы «Исраэл эркрафт индастриз» – многоцелевой одноместный истребитель-Израиль, 1971 г.

Рис. 2.172. Опытный образец многоцелевого истребителя «Кфир» С-2.

История создания. Наложенное Францией в 1967 г. (после окончания семидневной арабо- израильской войны) эмбарго на поставку в Израиль военного снаряжения коснулось и заказанных ранее самолетов «Мираж» 5-J фирмы «Дассо». Так как на вооружении ВВС Израиля находились самолеты более раннего выпуска «Мираж» III BJ и III CJ, а также некоторое количество запасных частей к ним, то предприятия IAI развернули работы по запуску в серийное производство самолета «Мираж» III CJ. На первых выпущенных самолетах устанавливались французские двигатели, а затем было налажено производство всех элементов конструкции и оборудования собственными силами с использованием, в частности, лицензионной документации, добытой израильской разведкой в Швейцарии. Опытный образец самолета, полностью изготовленного в Израиле, был назван «Black Curtain» («Блэк кётн»-«Черная штора»). Облет его осуществлен в сентябре 1969 г. Одновременно самолет начали приспосабливать к использованию другой, более доступной силовой установки. Вместо французского двигателя «Атар» 9С на самолете был установлен двигатель J79-GE-17, использовавшийся на американском самолете F-4E. При этом в конструкцию планера были внесены минимально необходимые изменения. Опытный образец нового самолета получил обозначение «Нешер» и, по всей вероятности, был облетан в 1971 г. Первые серийные самолеты с новым названием «Барак» стали поступать на вооружение в 1972 г. Считается, что в октябрьской войне 1973 г. между Египтом и Израилем в военных действиях принимало участие около 40 таких самолетов.

После освоения серийного производства самолета фирма IAI приступила к дальнейшим работам по усовершенствованию планера. Два новых серийных самолета впервые были продемонстрированы 14 апреля 1975 г. под новым названием «Кфир». Этот самолет выпускается в модификациях истребителя-перехватчика и истребителя-бомбардировщика. Предусматривается выпускать его также в модификациях самолета-разведчика и истребителя дальнего проникновения, способного выполнять длительные патрульные полеты. До апреля 1976 г. было выпущено 100 самолетов; потребности Израиля в этих самолетах составляют, по оценкам, 200 шт. В импорте этого самолета заинтересованы некоторые африканские и центральноамериканские страны. Согласно данным 1976 г., стоимость одного самолета превышает 4,5 млн. долл.

20 июля 1976 г. был продемонстрирован самолет «Кфир» С-2, существенно отличающийся от прототипа-самолета «Мираж» 5.

Описание самолета. Схема и концепция самолета «Кфир» заимствованы у самолета «Мираж» 5. Изменения в планере сводятся в основном к изменению фюзеляжа и были продиктованы необходимостью применения другого двигателя. Был несколько увеличен диаметр фюзеляжа и на 0,61 м укорочена его хвостовая часть при одновременном удлинении носовой части. В основании киля был размещен дополнительный воздухозаборник для охлаждения форсажной камеры. Другие изменения связаны с усилением шасси и увеличением хода амортизаторов, модификацией передней кромки крыла (применение щелевого уступа), перемещением кабины вперед (относительно воздухозаборников) и с небольшим увеличением объема внутренних топливных баков. В самолете «Кфир» С-2 были модернизированы также крыло и система управления.

Важнейшей особенностью С-2 является применение дополнительных несущих поверхностей с размахом 3,90 м, расположенных над воздухозаборниками. Кроме того, применен дестабилизатор в виде двух пластин, расположенных в носовой части фюзеляжа над приемником воздушного давления, а щелевой уступ передней кромки заменен геометрическим.

Эти изменения позволили увеличить маневренность при полетах на малых скоростях во время воздушного боя (в варианте самолета-перехватчика), повысить устойчивость при атаках на наземные цели (в варианте истребителя-бомбардировщика), а также улучшить взлетно-поса- дочные характеристики. В истребителе предусмотрены катапультируемое сиденье (со значительным наклоном назад) и ручка управления, выполненная в виде рукоятки, расположенной на подлокотнике кресла. «Кфир» С-2 оснащен электродистанционной цифровой системой управления. Применение дополнительного крыла привело к увеличению массы планера на 90 кг, перемещению центра давления самолета вперед и уменьшению запаса статической устойчивости.

Рис. 2.173. Проекции многоцелевого истребителя «Кфир».

Двигательная установка. На самолетах «Блэк кётн» и «Барак» устанавливались французские двигатели «Атар» 9С фирмы SNECMA, аналогичные двигателям самолетов «Мираж» III, а на усовершенствованных самолетах «Нешер» и «Кфир»-американские двигатели J79-GE-17 фирмы «Дженерал электрик», используемые в израильской модификации самолета «Фантом» II F-4E.

Новый двигатель меньшей длины (5,30 м по сравнению с 5,94 м двигателя «Атар») и меньшего диаметра (0,99-1,02 м), а также большей массы (1740-1587 кг) развивает большую тягу: 52,81 кН (5385 кГ) без форсирования и 79,63 кН (8120 кГ) с форсированием.

На истребителях-перехватчиках «Кфир» устанавливается дополнительный ракетный двигатель, разработанный на базе двигателя SEPR 844, с временем работы 30 с и тягой 15,00 кН (1530 кГ). Внутренняя топливная система (емкостью 4000 л) может быть дополнена тремя подвесными баками емкостью 1700 л каждый.

Вооружение. Стационарное вооружение самолета составляют две пушки фирмы DEFA (калибр 30 мм). На 4 подкрыльных и 3 подфюзеляжных замках самолет может нести разнообразное вооружение, в том числе: одну бомбу массой 1360 кг, ракеты «Шафрир», «Мейверик» и «Хобо», а также контейнер с пушкой «Вулкан».

Рис. 2.174. Проекции многоцелевого истребителя «Кфир» С-2.

Летно-технические данные

Размах крыла, м 8,22

Длина, м 16,35

Высота, м 4,25

Площадь несущей поверхности, 34,85 м2

Масса пустого самолета 1) , кг 7200

Взлетная масса (ном./макс.) 1) , кг 9305/14 500

Грузоподъемность 1) , кг 4000

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м2 267/416

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 1,17/1,82

Максимальное число Маха 1) 2,20

Максимальная скорость на высоте 12000 м 1) , км/ч 2336

Максимальная скорость у земли 1385

Посадочная скорость, км/ч 245

Вертикальная скорость, м/с 238

Время подъема на высоту 11000 м 1 мин 45 с

Практический потолок, м 18 300

Радиус действия 1) , км 370-1300

Длина разбега, м 700

Длина пробега, м 450

1) Модификация С-2: масса пустого самолета 7285 кг, взлетная масса (ном./макс.) 9390/14000 кг, грузоподъемность-4000 кг вооружения и 1000 кг топлива, максимальное число Маха 2,30, скорость 2440 км/ч, радиус действия 645-1290 км.

«Игл» F-15 фирмы «Макдоннел-Дуглас» – многоцелевой одноместный истребитель – США, 1972 г.

Рис. 2.175. Истребитель-перехватчик F-15A (на нижнем фотоснимке видны подвесные топливные баки).

История создания. В 1965 г. командование ВВС и авиации ВМС США, не удовлетворенное результатами применения самолета «Фантом» II F-4 во вьетнамской войне, приступило к разработке тактико-технических требований к самолету FX, предназначаемому для замены F-4. В 1967 г. фирмам «Макдоннел» и «Дженерал дайнемикс» было поручено провести проектный анализ самолета с определением численного состава экипажа, типа крыла (с постоянной или изменяемой геометрией) и характера взлета и посадки (укороченный или нормальный). В 1968 г. самолет получил обозначение F-15. В это же время семи фирмам было предложено представить свои проекты. В результате конкурса 23.12.1969 г. с фирмой «Макдоннел» был заключен контракт (суммой 1,146 млрд. долл.) на строительство 20 самолетов, в том числе двух двухместных. В период опытно-конструкторских работ фирма проанализировала свыше 500 проектных вариантов, провела испытания моделей в аэродинамической трубе, потратив на это 23 ООО ч (что в 4 раза больше, чем при разработке самолета F-4), а также провела испытания модельного самолета в свободном и управляемом полетах. Летающая модель самолета F-15 была выполнена в масштабе 3:8. С помощью самолета-носителя В-52 ее поднимали на определенную высоту (модель крепилась на таких же узлах, как и разрабатывавшийся ранее самолет Х-15), а затем сбрасывали. Во время полета измерялись аэродинамические характеристики модели (преимущественно штопорные).

Трудоемкость монтажа первого опытного образца составляла 11 ООО чел.-ч. Облет первого одноместного самолета F-15 был совершен 27 июля 1972 г., а двухместного (TF-15)-7.07.1973 г. По заказу ВВС США предполагается до 1983 г. построить 749 самолетов. К концу 1980 г. было построено более 500 таких самолетов. Первые самолеты TF-15A поступили на вооружение 14.11.1974 г., a F-15A-B в 1976 г. Кроме США, самолеты F-15 должны были поступить на вооружение Саудовской Аравии, Израиля (в 1978 г. сенат США выразил согласие на поставку 60 самолетов в Саудовскую Аравию и 15 в Израиль) и Японии (планируется лицензионное производство этих самолетов на предприятиях фирмы «Мицубиси»), К концу 1981 г. F-15A находились на вооружении ВВС США, Японии и Израиля. На стадии уточнения тактико-технических требований к самолету считалось, что его единичная цена составит от 2 до 4 млн. долл. Однако к 1975 г. она возросла до 6,2 млн., причем ожидается, что к моменту окончания программы реальная стоимость самолета превзойдет 19 млн. долл. На самолете F-15 установлено несколько мировых рекордов по времени подъема на высоту. В учебных воздушных боях с самолетами F-14, F-104, F-8, «Ягуар» и другими истребитель «Игл» показал свое превосходство, что было учтено при постановке перед ним боевых задач. К ним относятся: завоевание превосходства в воздухе, сопровождение, перехват, нанесение ударов по наземным и морским целям, расположенным на значительном удалении. Известны следующие модификации самолета: -истребитель-перехватчик F-15A;

– двухместные тренировочный TF-15A и учеб- но-боевой F-15B;

– разведчик RF-15;

– двухместный истребитель-бомбардировщик F-15E.

Описание самолета. F-15 представляет собой построенный по классической схеме высокоплан, стреловидное крыло которого имеет относительную толщину профиля, изменяющуюся от 6% (в корневых частях) до 3% (в концевых). Крыло с прямолинейной передней кромкой (угол стреловидности около 45°) и с задней кромкой со спрямленным участком в околофюзеляжных частях оснащено носовыми щитками, закрылками и элеронами. Крыло состоит из центроплана и отъемных частей (узлы разъема расположены в плоскости стенки воздушных каналов). Конструкция крыла-четырехлонжерон- ная с дополнительным внутренним подкосом. Носовые щитки, закрылки и элероны выполнены с многослойной обшивкой. Аэродинамическое управление самолетом осуществляется с помощью элеронов, управляемого дифференциального стабилизатора и рулей направления, расположенных на разнесенном двухкилевом вертикальном оперении. F-15 является единственным самолетом, на котором использован геометрический уступ передней кромки горизонтального оперения. Управление самолетом может осуществляться автоматически, при помощи автомата трехосной стабилизации, с использованием электрической и аварийной механической систем.

Фюзеляж длиной 19,5 м состоит из овального сечения носовой, центральной (с центропланом и воздухозаборниками) и хвостовой (с двигательным отсеком) частей. Центральная и хвостовая части широкие, снизу