Авиация и космонавтика 2000 09

Принципиально новым в облике сверхманевренного самолета явилась продольная статическая неустойчивость на дозвуковых скоростях полета. Неустойчивый по перегрузке самолет имеет одно существенное преимущество перед устойчивым: для его балансировки требуется на горизонтальном оперении создать подъемную силу, направленную в ту же сторону, что и подъемная сила крыла. Вследствие этого отклонение управляемого стабилизатора для балансировки будет приводить к увеличению подъемной силы самолета. Чтобы управлять неустойчивым по перегрузке самолетом применяются различные автоматические устройства, обеспечивающие желаемую устойчивость и динамические свойства самолета. В такой компоновке значительно увеличивалось аэродинамическое качество и несущие свойства в результате обеспечения продольной балансировки средствами автоматики. При этом была решена проблема обеспечения устойчивости и управляемости путем применения системы улучшения устойчивости и управляемости (СУУ) в составе электродистанционной системы управления (ЭДСУ). Исследовательские полеты на Т-10-1 показали принципиальную возможность выхода на закритические углы атаки.

Следующим шагом в развитии сверхманевренных самолетов было создание Т-10-С, у которого с предыдущим Т-10-1 не было ничего общего, кроме кресла К-36. На самолете Су-27 в июне 1989 года на авиасалоне в Ле- Бурже летчик-испытатель Виктор Пугачев продемонстрировал новую фигуру пилотажа – "Кобру" (динамическое торможение): в горизонтальном полете самолет энергично задрал нос, не изменяя направления полета, увеличил угол атаки до 120° – как бы лег на спину, какое-то мгновение пролетел хвостом вперед, а затем быстро возвратился в горизонтальное положение. "Кобра Пугачева" – так окрестили эту фигуру журналисты, аккредитованные на авиасалоне.

Допустимый угол атаки самолета Су-27 составляет 26 градусов. Почему же, вопреки законам классической аэродинамики, самолет не сваливается на закритических углах атаки, скажем при выполнении той же "Кобры "?

Начнем с того, что при увеличении угла атаки до критического значения возрастают коэффициенты подъемной силы и лобового сопротивления. Увеличивается и проекция силы тяги двигателей на местную вертикаль. При этом уменьшается проекция подъемной силы на местную вертикаль. А при угле атаки, равном 90°, подъемная сила действует в направлении, обратном скорости горизонтального полета, т. е. превращается в силу лобового сопротивления. Сила тяги двигателей в этот момент уравновешивает силу тяжести самолета. По мере роста угла атаки более 90° проекция подъемной силы на вертикаль совпадает по направлению с силой тяжести самолета, а вертикальная составляющая силы тяги двигателей удерживает самолет от падения на хвост. Специалисты говорят, что самолет "висит на струе газов, выходящих из двигателей". По мере увеличения угла атаки более 90° вертикальная составляющая тяги двигателей уменьшается пропорционально синусу угла атаки, а вертикальная составляющая подъемной силы совпадает по направлению с вектором силы тяжести. При углах атаки более 120" вертикальная составляющая силы тяги двигателей самолета Су-27 становится меньше суммы двух сил, действующих по направлению силы тяжести. Этим ограничен угол атаки 120°. Увеличение этого угла грозит падением самолета "на спину". На закритических углах атаки неизбежны срывы воздушного потока с несущих поверхностей. Здесь уже действуют законы нестационарной аэродинамики: аэродинамические силы и моменты зависят не только от углов атаки и скольжения, но и от скорости их изменения. При нестационарном обтекании нарушается боковая балансировка самолета и возникает опасность его сваливания на крыло с последующим переходом в штопор. Однако инертность истребителя, небольшая продолжительность "Кобры" (около 10 секунд) и упреждающие действия летчика рулями позволяют избежать этого.

В настоящее время "Кобра " не может быть боевым маневром. Дело в том, что допустимый угол атаки самолета Су-27 составляет 26° и, перед тем как выйти на "Кобру", летчик должен отключить систему ограничения углов атаки. Конечно, это серьезная угроза безопасности полетов. Поэтому "Кобра Пугачева" – пока что фигура пилотажа, которая эффектно смотрятся на авиашоу, но назвать ее эффективным боевым маневром весьма затруднительно. Тем не менее, выполнение "Кобры" показало принципиальную возможность удержать самолет от сваливания на закритических углах атаки.

Чтобы увеличить угол атаки более 120°, нужно увеличить вертикальную составляющую тяги двигателей. Этого можно достичь либо за счет увеличения тяги двигателей, либо за счет отклонения вектора тяги в направлении оси подъемной силы. Первый путь ведет к утяжелению двигателя и самолета в целом. Поэтому в ОКБ им. П.О. Сухого был избран второй путь. Под руководством главного конструктора Конохова B.C. был создан самолет Су- 37. Прототипом самолета Су-37 является серийный истребитель Су-27 и его глубокая модификация – Су-35.

В ходе испытаний на Су-35 были выполнены такие сверхманевры, как "Кобра", "Хук", "Колокол", связанные с выходом на околонулевые скорости и большие углы атаки. Управление самолетом на околонулевых скоростях практически невозможно из-за недостаточной эффективности аэродинамических органов управления. Летчик на этих режимах полета не может ни влиять на скорость изменения пространственного положения самолета, ни удержать его на больших углах атаки независимо от того, успел ли бортовой локатор захватить цель и ракета сойти с пускового устройства. Стремление улучшить управляемость самолета на околонулевых скоростях привело к воплощению идеи изменения в полете направления тяги двигателей, которое позволяет выполнять управляемые фигуры пилотажа практически на нулевой и даже отрицательной скорости полета без ограничений по углу атаки. Даже штопор на этом самолете – управляемый маневр, а не опасный режим.

Отклоняемые сопла на Су-37

Принципиальным отличием самолета Су-37 от всех предыдущих самолетов семейства Су является отклоняемый вектор тяги (ОВТ) двигателей. Балансировка самолета относительно трех осей при малых скоростях полета на больших углах атаки обеспечивается применением ОВТ и новых органов управления. расположенных как позади центра тяжести самолета, так и впереди его. За счет этих органов может быть обеспечен также более высокий уровень поворотливости истребителя (максимальных угловых скоростей тангажа и рыскания).