Эдмунд Цихош - Сверхзвуковые самолеты

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.

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.