Марк Солонин - Разгром 1941

Все это просто и понятно. Странно на первый взгляд другое – что же мешало конструкторам истребителей увеличить удельную нагрузку в той же мере, в какой это было сделано на бомбардировщиках? Это простой вопрос, но для ответа на него нам придется разобраться в том, как самолеты поворачиваются в воздухе.

Широко распространенное заблуждение состоит в том, что самолет поворачивается в воздухе при помощи хвоста, точнее – при помощи руля направления, расположенного на вертикальном оперении. Хвост для самолета есть вещь наиважнейшая (обеспечивает устойчивость вообще и поддержание необходимого угла атаки в частности), но развороту в горизонтальной плоскости он мало чем помогает. Самолет летает благодаря крылу и разворачивается при помощи все того же крыла.

Прежде всего, мы должны вспомнить два параграфа из школьного курса физики: движение по окружности (даже если оно происходит с постоянной линейной скоростью) является движением с ускорением (центростремительным), а любое движение с ускорением возможно только под воздействием силы. Ускорение прямо пропорционально силе (сие есть второй закон Ньютона), следовательно, если мы желаем двигаться с большим центростремительным ускорением (т. е. и лететь быстро, и разворачиваться круто), необходимо приложить большую силу. Где же ее взять? Тяга двигателя? Нет, это не самая большая сила, имеющаяся в нашем распоряжении на борту самолета. Даже у современных истребителей тяга двигателя составляет порядка 70–80 % от взлетного веса самолета. Самой большой силой является подъемная сила крыла, которая может быть и в пять, и десять раз больше веса самолета! А для того, чтобы подъемная сила «затащила» самолет в разворот, надо всего лишь накренить самолет в сторону предполагаемого разворота. (См. рис. 5)

Таким образом, разворот начинается с крена, причем весьма глубокого, после чего горизонтальная проекция подъемной силы (на рис. 5 она обозначена буквой N) начинает искривлять траекторию полета, и самолет начинает выполнять разворот (вираж). Для того чтобы разворот был крутым, т. е. происходил с малым радиусом и за минимальное время, подъемная сила, которую может развить крыло, должна быть как можно больше, и вот для этого-то удельная нагрузка на крыло истребителя должна быть как можно меньше (т. е. для хорошей маневренности нужно «большое крыло»).

Рис. 5

Рост подъемной силы немедленно вызывает увеличение аэродинамического сопротивления.

Причем (как мы уже отмечали выше) прирост сопротивления будет особенно большим тогда, когда для получения большой подъемной силы мы выходим на режим полета с максимальными углами атаки. (См. рис. 6)

Рис. 6

Чтобы избежать или хотя бы ослабить этот эффект, нужно еще на этапе проектирования дать самолету «большое» крыло (малую удельную нагрузку). И в любом случае для того, чтобы преодолеть возросшее сопротивление, потребуется перевести двигатель на режим максимальной тяги (максимальной мощности). В конце концов может наступить такой момент, при котором крыло еще способно увеличивать подъемную силу, но тяги двигателя уже не хватает для преодоления все возрастающего сопротивления. Вот почему для высокой маневренности нужно не только большое крыло, но и большая тяго (энерговооруженность

В цифрах это выглядит так. На предельно больших углах атаки сила аэродинамического сопротивления достигает примерно одной четвертой подъемной силы. Соответственно, если при этом крыло может развить подъемную силу, в шесть раз превышающую вес самолета (перегрузка 6 единиц), то для преодоления возросшего сопротивления потребуется двигатель с тягой, в полтора раза (!!!) превышающей вес самолета (тяговооруженность 1,5 единицы). Такая тяговооруженность при использовании поршневых двигателей внутреннего сгорания была абсолютно недостижима, поэтому ограничение маневренных возможностей самолета тягой двигателя (точнее говоря – тягой винтомоторной установки) было наиболее характерным для истребителей 30-х —40-х годов.

Типовым значением располагаемой перегрузки было в то время 2–3 единицы. В более понятных категориях – перегрузке в 2,9 единицы соответствует выполнение виража радиусом 300 м за 21 секунду при постоянной скорости полета 90 м/сек (324 км/час). Эти цифры выбраны не случайно, они фактически точно соответствуют параметрам самых массовых истребителей Второй мировой войны.

Новая эпоха, открывшаяся с появлением турбореактивного двигателя с форсажной камерой, сделала более распространенным случаем ограничение маневренности параметрами аэродинамики крыла. Огромная тяга реактивного двигателя позволяет преодолевать растущее аэродинамическое сопротивление, но и возможности роста подъемной силы крыла не безграничны. При углах атаки более 15–20 градусов прирост подъемной силы сначала замедляется, а затем происходит самое страшное из того, что заложено природой в аэродинамику самолета, – срыв потока. Воздушный поток отрывается от верхней поверхности крыла, и подъемная сила скачкообразно падает до нуля. Срыв потока по самой сути своей есть процесс неуправляемый и стихийный, он никогда не произойдет одновременно и равномерно на левом и правом крыле. Поэтому срыв приводит не просто к «просадке» самолета, а к беспорядочному крену и вращению. В самом худшем случае беспорядочное вращение превращается в «штопор», выйти из которого не удается вплоть до встречи с землей…

Всевозможные и труднообъяснимые даже для профессионалов аэродинамические ухищрения позволяют в ряде случаев оттянуть наступление срыва до очень больших углов атаки (20–30 град.). В сочетании с огромной тяговооруженностью современных истребителей это позволяет довести располагаемую перегрузку (отношение подъемной силы к весу) до 9 и более единиц. В результате современный российский истребитель «МиГ-29», несмотря на очень высокую (по меркам 40-х годов) удельную нагрузку на крыло (443 кг/кв. м), выполняет установившийся вираж за 15,3 секунды – быстрее, чем любой истребитель Второй мировой войны (за исключением нашего «И-16»). Такая вот получается «перекличка поколений»…

Проблема, однако, в том, что летать с такими перегрузками может далеко не каждый летчик. Перегрузка приводит к отливу крови из головы в ноги (связанные с этим ощущения на авиационном сленге называются «очи черные»). Кратковременная потеря сознания возникает уже при перегрузке в 4–5 единиц. Специальные противоперегрузочные костюмы, кислородная маска, наклоненное до положения «полулежа» кресло, специальные тренировки позволяют летчику управлять самолетом даже при перегрузке в 7–8 единиц. Но это – предел. Дальнейшее продвижение по пути все больших и больших располагаемых перегрузок возможно только на беспилотных аппаратах, примером чего могут служить некоторые типы ракет класса «воздух – воздух», способные кратковременно маневрировать с чудовищной перегрузкой в 35 единиц!