Авиация и космонавтика 2003 09

Решением виделся многорежимный боевой самолет, который бы сочетал хорошие взлетно-посадочные качества с высокими летными характеристиками во всем диапазоне используемых скоростей – от высокой сверхзвуковой в полете, преодолении ПВО и прорыве к цели до умеренной при нанесении удара, с сохранением хорошей управляемости и маневренности, способствовавшими точности огневого поражения. Задача сменила прежние подходы, когда во главу ставились "главные" характеристики, как считалось, определяющие для боевой машины данного класса и достигаемые для ограниченных режимов полета (та же скорость для истребителя и ударного самолета или высотность для перехватчика). Универсальность самолета обеспечила бы также повышение его боевой эффективности с учетом разнообразия задач и условий боевого применения, позволив с максимальной выгодой использовать как имеющийся парк машин, так и различные средства поражения и тактические приемы.

Основная задача при создании такого самолета, в общем случае, сводилась к обеспечению широкого диапазона скоростей и увеличению отношения максимальной скорости полета к посадочной. Определяющими при этом являлись параметры основной несущей поверхности – крыла самолета. Оптимальным для обеспечения высоких взлетно-посадочных качеств и выгодных несущих характеристик на крейсерских скоростях было крыло небольшой стреловидности (в идеале – прямое), значительной толщины и удлинения, которое бы обладало наибольшими значениями коэффициента подъемной силы и критического угла атаки.

С-22И – прототип истребителя-бомбардировщика Су-J7

Сборка первого прототипа МиГ-23 с крылом изменяемой геометрии

Однако толстое прямое крыло отличало высокое сопротивление, волновая и индуктивная составляющие которого резко возрастали с увеличением скорости, а возникновение местных скачков уплотнения на околозвуковых скоростях круто снижало аэродинамическое качество самолета. Выход на сверхзвук для самолета с таким крылом был практически невозможен из-за роста сопротивления, проявлявшегося в виде "стенки" уплотненного воздуха – прямого скачка уплотнения, "садившегося" на переднюю кромку.

Увеличение стреловидности затягивало "волновой кризис", повышая скоростные качества, однако влекло за собой ухудшение несущих свойств, продольной и поперечной устойчивости и управляемости. Естественным образом вопрос достижения требуемого диапазона скоростей на всех эксплуатационных режимах решался изменением стреловидности в полете, "приспосабливавшей" самолет к условиям полета – уходом консолей назад с увеличением стреловидности на большой скорости и разворотом вперед, приближаясь к прямому крылу на взлете, посадке и полете на максимальную дальность, когда требовалось максимальное аэродинамическое качество.

С изменением стреловидности крыла менялись все его параметры, определяющие аэродинамические характеристики, из- за чего за такой схемой утвердилось наименование "крыло изменяемой геометрии" (КИГ), более полно отвечающее сути решения. При развернутом ("выпущенном") крыле увеличивался его размах, удлинение, относительная толщина, радиус закругления носка профиля и, в меньшей степени, площадь, причем одновременно создавались благоприятные условия работы взлетно-посадочной механизации, наиболее эффективной на такой несущей плоскости и позволяющей дополнительно опустить нижнюю границу диапазона эксплуатационных скоростей. При складывании ("уборке") крыла часть его уходила внутрь неподвижной конструкции – центроплана, уменьшая несущую площадь, омываемую потоком, удлинение и относительную толщину, а стреловидность приближалась к оптимальной для заданной скорости. С освоением тактики скрытного прорыва к цели и удара с малых высот существенным оказалось то, что с уменьшением размаха и ростом удельной нагрузки на крыло снижалось влияние на самолет атмосферных возмущений, обычных вблизи земли, – турбулентности, порывов ветра, восходящих и нисходящих потоков, вызывающих болтанку, на высокой скорости труднопереносимые и экипажем, и машиной. Сложив крыло, самолет приобретал компактные формы, меньше подвергался тряске и получал ощутимые преимущества в отношении сохранения самочувствия и работоспособности летчиков.

При всей привлекательности решения не менее очевидными были и связанные с ним проблемы. Помимо вопросов аэродинамики, изменения устойчивости и управляемости, на первый план выдвигались трудности конструктивного и технологического плана – обеспечение перемещения консолей, управления и синхронизации их отклонения, сохранение требуемой прочности и жесткости подвижной конструкции и, особо, передача нагрузок (снять многотонные силы и моменты, обычно воспринимаемые всей силовой схемой, предстояло одним узлом поворота, к тому же небольшим по размерам и определяемым строительной высотой крыла, буквально сантиметровой).

Эксперименты с раздвижными и поворотными крыльями велись в авиации еще с 30-х годов, однако практический интерес к ним созрел с освоением сверхзвуковых скоростей и появлением связанных с этим проблем. Эффективность КИГ становилась ощутимой при разнообразии эксплуатационных режимов и рабочих скоростей, удовлетворять которым должна была машина. Проблема требовала решения, и работы по тематике КИГ развернулись сразу в нескольких странах. В 50- е годы в США испытывался самолет X- 5 с КИГ, который делался по заказу ВВС как прототип легкого штурмовика, а затем экспериментальный истребитель XF10F-1 для ВМС. Обе машины не вышли из стадии испытаний. В начале 60- х гг. в США приступили к реализации нового проекта, разрабатывая многоцелевой истребитель ТЕХ (позднее F- 111), а несколькими годами спустя аналогичными проектами занялись в СССР и Франции.

Начав работы с опережением по отношению к конкурентам, американцы вложили в проект F-111 огромные по тем временам суммы. Справиться с задачей достаточно быстро помог как опыт предыдущих попыток 50-х гг. (тогда КИГ пытались приспособить для самолетов палубной авиации, где проблема взлетно-посадочных характеристик всегда была первостепенной), так и развертыванием обширной исследовательской и экспериментальной базы со множеством испытательных стендов, натурных экспериментов и тестов материалов, конструктивных и технологических решений. Только на продувки в аэродинамических трубах было затрачено более 21000 часов, что соответствовало 2,5 годам напряженной работы. В воздух новая машина поднялась уже через дво года после выдачи заказа – в декабре 1964 года, а уже в 1967 году первые серийные F-111 поступили на вооружение. Самолет получился в полтора раза тяжелее современного ему F-4 "Фантом II", стоил втрое дороже и оказался буквально "золотым" – килограмм массы его конструкции составлял в ценах 1968 года около 330 долларов, что было намного дороже, чем у любой другой машины. Последние выпущенные F-11 1 поднялись в "удельной цене" до 765 долларов за килограмм (для "Фантом II" эта цифра составляла порядка 180 долларов). За многоцелевым F-111 в США последовали палубный истребитель с КИГ F-14"Томкэт" и стратегический бомбардировщик В-1.