Авиация и время 2007 04

Кинетический нагрев при длительном крейсерском полете неизбежно должен был приводить к температурным расширениям отдельных элементов конструкции, причем в течение полета они могли несколько раз расширяться и сжиматься. Так, для дозаправки в воздухе необходимо снизить скорость до дозвуковой, при этом разогретый в ходе сверхзвукового броска самолет будет продолжать полет при температуре окружающего воздуха -55°С, интенсивно охлаждаясь и как бы съеживаясь. Затем может последовать новый нагрев и новое расширение. Чтобы предварительно изучить возможные термоэффекты, была проведена серия испытаний. Титановые панели размером 1,2x1,8 м различной конструкции подвергали нагреву, при этом определяли направление тепловых потоков, характер деформирования, коэффициенты расширения. Последние оказались настолько высокими, что конструкцию традиционного типа на «Архангеле» применить не было никакой возможности. Тогда Джонсон решил использовать для суперсамолета будущего гофрированную обшивку; вышедшую из авиационной моды еще в середине 1930-х гг., чем невольно подтвердил правоту учения о спиральном характере процессов развития. Когда гофрированные панели нагревались, это приводило лишь к незначительному возрастанию высоты волн гофра, а общая форма и размеры участка обшивки почти не изменялись. Правда, пока это не было доказано экспериментально, Джонсону пришлось выдержать довольно обидные обвинения в попытке «разогнать до трех Махов «Форд Три мотор» модели 1932 г.». Как всегда, решение одной проблемы привело к возникновению другой. Чтобы эффективно поглощать тепловые деформации за счет изменения высоты волн гофра, новые панели крыла должны были быть достаточно тонкими, а следовательно, не могли в достаточной мере воспринимать характерные для крыла нагрузки. Поэтому крыло А-12 пришлось сделать многолонжеронным с мощными нервюрами, а для связи силовой конструкции с обшивкой применить специальные компенсаторы.

Для борьбы с нагревом конструкторы старались использовать все методы. В частности, на «Архангеле» впервые в мире было применено охлаждение отдельных элементов конструкции… циркулирующим топливом, которое в результате само нагревалось до 320°С и в таком виде попадало в двигатели. Неудивительно, что это потребовало создания нового сорта керосина JP-7, отличающегося повышенной температурой возгорания. Это топливо также содержало фторуглерод, чтобы улучшить текучесть, окислители для облегчения сгорания в условиях недостатка кислорода на большой высоте, и даже соединения цезия для уменьшения радиолокационной заметности выхлопа. В итоге JP-7, особенно в начальный период производства по стоимости был сопоставим с хорошим шотландским виски. Зато поджечь JP-7 в обычных условиях было чрезвычайно сложно, благодаря чему опасность пожара на земле, когда на «Черных птицах» открывались многочисленные течи из баков и топливопроводов, была очень низкой. Еще одним средством, направленным на облегчение проблемы кинетического нагрева, стала черная окраска самолета. Специальная краска, изготовленная на ферритовой основе, хорошо рассеивала тепло и, к тому же, несколько уменьшала радиолокационную заметность А-12.

Одной из самых ярких особенностей «Архангела», как и всех последующих «Черных птиц», стала его силовая установка, основу которой составляли уникальные комбинированные двигатели Pratt amp; Whitney JT-11D-20 (военное обозначение J58). Они возникли в результате «скрещивания» двух двигательных программ, разрабатываемых в США в конце 1950-х гг. Первая предусматривала создание «пламенного сердца» для локхидовского 2,7-махового перехватчика CL-400 на водородном топливе. Вторая – для перспективного палубного ударного самолета. Причем второй двигатель J58 Р2 был копией мотора JT-9 стратегического бомбардировщика ХВ-70, но уменьшенной до масштаба 0,8. Хотя обе программы закрыли по причине бюджетных ограничений, но двигатели все же были построены и испытаны на стендах с довольно ободряющими результатами. В частности, морской двигатель продемонстрировал вполне устойчивую работу при очень напряженном термодинамическом цикле. Поскольку высокие температуры по всей длине воздушного тракта от воздухозаборника до выхлопного сопла являются характерной чертой трехмахового самолета, то J58 Р2 приняли за основу будущей конструкции. Затем, чтобы обеспечить возможность разгона до М=3,0-3,2, его решили сделать, если так можно выразиться, частично прямоточным. Для этого за четвертой ступенью компрессора организовали отвод значительной части воздуха по шести каналам. Этот воздух шел мимо основного тракта двигателя, не попадая в камеру сгорания и на турбину, и смешивался с горячими газами уже перед самым форсажным коллектором, где и участвовал в процессе горения. Таким образом, на больших скоростях JT-11D-20 был «полупрямоточным-полутурбореактивным» двигателем, а на скоростях меньших, чем М=2,3, клапаны отводных каналов перекрывались, и он работал как простой ТРД. Он стал единственным двигателем изменяемого цикла, вышедшим из стадии экспериментальных работ и находившимся в эксплуатации почти 40 лет.

Другой важнейшей особенностью «Черных птиц» стали их воздухозаборники, чья роль в обеспечении скоростных качеств этих самолетов не менее важна, чем двигателей или общей аэродинамической компоновки. Внутри каждого воздухозаборника располагалось острое подвижное центральное тело, называемое «спайк» (spike означает острие), которое занимало полностью выдвинутое положение на земле и в дозвуковом полете. При достижении М=1,6 спайк начинал перемещаться назад, внутрь воздухозаборника, и это перемещение при дальнейшем разгоне достигало максимум 66 см. Процесс перемещения управлялся аналоговым компьютером, который вычислял нужное положение центрального тела в зависимости от скорости полета, атмосферного давления, углов атаки, крена и скольжения. Это делалось для того, чтобы конус Маха, генерируемый спайком, всегда попадал внутрь воздухозаборника оптимальным образом. В этом случае ударная волна многократно отражалась между спайком и стенками воздухозаборника, в результате чего воздушный поток постепенно терял энергию и замедлялся, пока скорость потока становилась дозвуковой.

На одном из первых А-12 идут работы по устранению течи крыльевых баков. Чтобы не прекращать отработку двигателей, на самолет временно установлены надкрыльевые баки

Строй А-12 на базе Грум Лэйк в «Зоне 51»