"Авиация и космонавтика 1999 10" - читать интересную книгу автора

'БРАТОК' НАД ЖУКОВСКИМ

Владимир ИЛЬИН

Безусловно, одним из наиболее ярких событий Московского авиакосмического салона стала демонстрация экспериментального самолета с крылом обратной стреловидности С-37 "Беркут", созданного в ОКБ Сухого. Новая машина экзотических очертаний, лихо закладывающая виражи над летным полем ЛИИ им.Громова и поймой Москвы-реки, с первого дня работы МАКС-99 привлекала неизменное внимание зрителей, в том числе и весьма далеких от авиации. Вскоре у самолета появились и весьма калоритные прозвища -"браток" (за характерную форму в плане, напоминающую "распальцовку" крутых новых русских), "рогатка", "черт" и другие, что, безусловно, свидетельствовало о росте популярности С-37 у гостей МАКСа. Можно констатировать - первый публичный "дебют" "Беркута" вполне удался.

Ранее наш журнал уже писал об этом самолете. Однако теперь, когда С-37 был продемонстрирован в небе Подмосковья сотням тысяч любителей авиации, следует рассказать о нем более подробно.

Историю этой машины следует начать с 1970-х годов, когда в Советском Союзе приступили к реализации программы создания "истребителя 90-х годов" - И-90. Приблизительно в те же годы в США начались исследования по программе перспективного истребителя ATF, приведшие к созданию самолета Локхид Мартин F-22A "Рэптор". При этом в обеих странах параллельно с изучением относительно традиционных аэродинамических компоновок с крылом прямой стреловидности рассматривались и более "экзотические" варианты самолетов с крылом обратной стреловидности (КОС), обеспечивающие лучшие характеристики в трансзвуковом диапазоне скоростей.

Крыло обратной стреловидности, дающее определенные компоновочные преимущества перед прямым крылом, или крылом прямой стреловидности, пытались использовать в авиации еще с довоенных времен. Достаточно вспомнить дальний бомбардировщик ДБ-ЛК В.Н. Беляева, испытанный в 1940 году. Первым реактивным боевым самолетом с КОС стал германский бомбардировщик Юнкерc Ju.287, созданный в 1944 году.

В первые послевоенные годы в нашей стране велись и собственные исследования крыла обратной стреловидности применительно к скоростным маневренным самолетам. В 1945 году конструктором П.П.Цыбиным было начато проектирование экспериментальных планеров, предназначенных для отработки аэродинамики перспективных истребителей. Планер должен был набирать высоту на буксире за самолетом, а для разгона до околозвуковых скоростей пикировал, используя при этом и пороховой ускоритель. Один из планеров, ЛЛ-3, вышедший на испытания в 1947 году, имел КОС и достиг скорости 1150 км/ч (М=0,95). В конце 1940-х годов два проекта боевых самолетов с КОС (Норт Америкзн RD-1410 и Кон-вэр ХВ-53) были разработаны в США. Несколько позже, в 1960-х годах, самолеты с крылом обратной стреловидности - административный HFB-300 и учебно-тренировочный RFB "Фэнтрей-нер" - были созданы в Германии.

Однако реализовать все преимущества крыла с обратной стреловидностью долгое время не представлялось возможным из-за отсутствия необходимых конструкционных материалов и технологий. К КОС создатели боевых самолетов вернулись лишь в середине 1970-х, когда в США и СССР приступили к работам по программам И-90 и ATF. Исследования показали, что использование крыла обратной стреловидности на высокоманевренном сверхзвуковом истребителе позволяло повысить аэродинамическую эффективность во всех областях полетных режимов.

К основным достоинствам самолета с КОС следует отнести:

- значительное увеличение аэродинамического качества при маневрировании, особенно на малых скоростях;

- большую, по сравнению с крылом прямой стреловидности,подъемную силу, а следовательно и большую относительную грузоподъемность;

- увеличение дальности полета на дозвуковых режимах за счет меньшего балансировочного сопротивления;

- лучшую управляемость на малых дозвуковых скоростях (и, как следствие, улучшение взлетно-посадочных характеристик);

- улучшение условий работы крыльевой механизации, что также обеспечивает сокращение взлетной и посадочной дистанции;

- меньшую скорость сваливания;

- улучшенные противоштопорные характеристики;

- увеличение внутренних объемов планера, особенно в местах стыка крыла и фюзеляжа, что обеспечивает лучшие условия для формирования внутренних грузоотсеков.

По оценкам американских специалистов, замена на самолете типа F-16 обычного трапециевидного крыла на крыло обратной стреловидности должно было привести к увеличению угловой скорости разворота на 14%, а боевого радиуса действия на 34%. При этом взлетно-посадочная дистанция сокращалась на 35%.

Однако при создании скоростного маневренного самолета с КОС возникал и ряд весьма сложных проблемм, связанных, в первую очередь, с упругой дивергенцией (а попросту - скручиванием с последующим разрушением крыла). Попытки увеличения жесткости КОС, имеющего традиционную металлическую конструкцию, приводили к недопустимому возрастанию массы. Лишь в 1970-80-х годах, когда появились конструкционные материалы нового поколения - углепластики, были разработаны методы борьбы с дивергенцией посредством целенаправленной ориентации осей жесткости крыла (т.е. путем направленной деформации кручения), компенсирующей поворотом сечений рост углов атаки на изгибе.

В рамках программы И-90, в соответствии со сложившейся традицией, был объявлен конкурс проектов перспективных истребителей. ОКБ П.О.Сухого, опираясь на исследования аэродинамиков ЦАГИ и СибНИА, предложило самолет с КОС, обладающий высокими маневренными храктеристика-ми (в частности, способностью сохранять устойчивость и управляемость на углах атаки 90 и более град., т.е. "сверх-маневренностыо").

Однако ВВС отдали предпочтение проекту многофункционального фронтового истребителя ОКБ им.А.И.Микояна, выполненного по схеме "утка" с треугольным крылом. Даннная компоновка обеспечивала несколько лучшие характеристики на "сверхзвуке", однако уступала компоновке с КОС по маневренности на трансзвуковых скоростях. Выбор ВВС был обусловлен не только техническими, но и "политическими" соображениями: военные стремились поддержать ОКБ А.И.Микояна, специализирующееся на истребительной тематике, загрузив его работой по основному профилю, тогда как ОКБ им.-П.О.Сухого работало по нескольким направлениям (истребители, штурмовики, бомбардировщики), и его "благополучие" в меньшей степени зависело от того, получит или нет фирма "Су" заказ на фронтовой истребитель нового поколения. Очевидно, сыграла свою роль и возможность более быстрой реализации "микояновского" проекта, имевшего несколько меньшую степень технического риска.

Тем не менее, работы по самолету с КОС, получившему рабочий инднекс С-22, в ОКБ П.О.Сухого были продолжены. В значительной степени это заслуга генерального конструктора М.П.Симонова, сумевшего сохранить перспективную тематику вопреки неблагоприятным "внешним обстоятельствам". Определенный вклад в формирование облика истребителя пятого поколения с КОС внес и генеральный конструкор НПО "Звезда" Г.И.Северин, предложивший принципиально новую концепцию адаптивного катапультного кресла, обеспечивающего летчику возможность ведения маневренного воздушного боя со значительно более высокими, чем на прежних истребителях, перегрузками. Это позволяло максимально использовать маневренные преимущества самолета с крылом обратной стреловидности.

Однако в процессе рабочего проектирования истребителя С-22 выяснилось, что его конструкция несколько перетяжелена. А это ставило под сомнение возможность достижения заявленных летных характеристик. Одновременно изменились и требования генерального заказчика, также обусловившие внесение корректив в первоначальную конструкцию. В результате появился проект фактически нового истребителя, которому был присвоен и новый индекс - С-32.

В конце 1980-х с привлечением Иркутского авиационного производственного объединения начались работы по подготовке к постройке опытной партии самолетов. Первоначально предполагалось собрать три планера - два "летных" и один - для статических испытаний. После 1991 года, когда оборонные расходы России резко сократились, было решено ограничиться двумя опытными машинами. Однако в дальнейшем финансирование пограммы со стороны ВВС практически прекратилось. В этих условиях ОКБ нашло возможность продолжить работы в инициативном порядке, на собственные средства.

Столь смелое решение было обусловлено, в первую очередь, стремлением сохранить доступ к передовым авиастроительным технологиям. Мировой опыт свидетельствовал, что выпадение даже одного звена в цепи последовательной смены поколений боевой авиационной техники ведет к потере способности самостоятельно разрабатывать и производить современные истребители даже в наиболее развитых в техническом отношении странах. Так случилось с Германией, Великобританией и Японией, отставших на одно-два поколения от России, США и Франции и сегодня практически выбывших из "клуба создателей истребителей". Вот почему продолжение работ над боевым самолетом пятого поколения, несмотря на финансовые трудности, было признано в ОКБ им. П.О. Сухого одним из наиболее приоритетных (хотя и не приносящим сиюминутную финансовую отдачу) направлений.

В начале 1990-х годов было решено ограничиться постройкой лишь одного экспериментального самолета - своего рода летающего стенда, предназначенного для отработки в полете КОС и других усовершенствований, а также элементов "сверхманевренности". Самолет, получивший индекс С-37 и имя "Беркут", предназначался как для статических, так и для летных испытаний. Первоначально его "обжали" на стенде, не доводя нагрузки до разрушающих. Применительно к С-37 впервые в практике отечественного авиастроения была найдена закономерность, позволяющая с относительно высокой точностью экстраполировать предельные прочностные характеристики конструкции, исходя из достигнутых на стенде эксплуатационных нагрузок, т.е. не ломая машину на статических испытаниях.

Летом 1997 года "Беркут" уже находился на территории ЛИИ им.Громова. В начале сентября стали проводить скоростные пробежки, а уже 25 числа того же месяца опытный истребитель, пилотируемый летчиком-испытателем Игорем Вотинцевым (ныне Героем Российской Федерации), совершил свой первый полет.

Основной целью испытаний С-37 стало фактическое подтверждение расчетных преимуществ КОС для маневренных самолетов. К середине августа 1999 г., когда начал свою работу Московский авиационно-космический салон, было выполнено, в общей сложности, более 50 полетов.

В ходе летных испытаний были получены результаты, превышающие расчетные. Однако после первого этапа испытаний потребовался ряд плановых доработок (трудно было бы ожидать, что столь радикальную новацию, как КОС удастся "безболезненно" внедрить в конструкцию перспективного истребителя). Вероятно, в дальнейшем потребуются и другие доработки.

Выбранная ОКБ стратегия поэтапного создания истребителя пятого поколения наиболее полно соответствует нынешним экономическим реалиям. Попытка сразу создать полноценный боевой самолет пятого поколения сегодня вряд ли бы удалась. В то же время постройка экспериментального истребителя позволила фирме сконцентрировать первоочередные усилия на наиболее критических направлениях (в первую очередь - КОС). В остальных же элементах конструкции были использованы отработанные технические решения, что сократило сроки и затраты.

В ОКБ продолжаются работы над новыми технологиями, которые предполагается внедрить на "Беркуте" на следующих этапах программы. Ведутся работы и по "борту" для "Су" пятого поколения. В настоящее время на С-37 установлена интегрированная система дистанционного управления полетом, разработанная специалистами МНПК "Авионика" и используемая также на опытном самолете Су-37.

В 1999 году программа С-37 включена в государственный оборонный заказ, что придало ей "официальный" статус и должно улучшить финансирование. Научно-технический задел, полученный в ходе реализации программы, предполагается использовать и при создании машин других типов - в частности, легкого фронтового самолета (ЛФС), работы над которым начаты в ОКБ П.О. Сухого, А.И.Микояна и А.С.Яковлева в ответ на американскую программу JSF. Таким образом, "Беркут" можно рассматривать не только как прототип тяжелого истребителя пятого поколения, но и как своего рода "летающую лабораторию" для отработки широкого круга принципиально новых технических решений, которые будут воплощены в конструкции различных "самолетов XXI века" как военного, так и гражданского назначения.

Остановимся более подробно на конструкционных особенностях "Беркута". Самолет выполнен по аэродинамической схеме "интегральный неустойчивый триплан" со среднерасположенным крылом обратной стреловидности, цельно-поворотным передним горизонтальным оперением (ПГО) и цельноповоротным хвостовым оперением относительно малой площади. Ряд элементов конструкции, для снижения стоимости и ускорения работ по программе, заимствован у серийного истребителя Су-27.

Выбранная аэродинамическая компоновка обеспечивает не только высокие летные характеристики, но и способствует снижению радиолокационной заметности самолета (КОС обеспечивает меньшую эффективную отражающую поверхность при радиолокационном облучении самолета в передней полусфере, чем крыло прямой стреловидности).

Крыло обратной стреловидности (по передней кромке - 20°) в консольной части и прямой стреловидности - в корневой имеет удлинение порядка 4,5 и выполнено почти на 90% из композиционных материалов. Консольная часть крыла для уменьшения габаритов на стоянке может складываться.

КОС - самая яркая внешняя особенность С-37, резко отличающая облик этой машины от облика всех других истребителей. Однако "крыло наизнанку" - далеко не единственное достоинство "Беркута". Планер С-37 изготовлен с использованием принципиальнно новых решений. Каноны современной аэродинамики и техники "Стеле" требуют придания самолету более сложных, "экзотических" форм. В ОКБ была разработана технология, позволяющая изготавливать детали обшивки в плоском виде, после чего формообразовывать их в поверхности двойной кривизны, имеющие сложную конфигурацию и стыковать между собой с высокой точностью. Применение крупногабаритных панелей длиной до восьми метров позволило добиться чрезвычайно высокой гладкости поверхности самолета и свести к минимуму крепеж. Это не только облагородило аэродинамику и снизило массу планера, но и уменьшило его радиолокационную заметность (головки заклепок и швы обшивки играют роль радиолокационных отражателей, существенно демаскирующих самолет). Реализованы в конструкции "Беркута" и другие передовые технические решения и технологии, рассказывать о которых пока преждевременно.

Хотя истребитель пятого поколения создавался под принципиально новые двигатели, на экспериментальном самолете С-37 были установлены серийные ТРДДФ, что позволило ускорить начало летных испытаний. На следующих этапах программы "Беркут" получит двигатели пятого поколения, с которыми он сможет выполнять длительный крейсерский полет на сверхзвуковой скорости без использования форсажа.

В рассказе о совершенно новом самолете нельзя не упомянуть и о новом бортовом радиоэлектронном оборудовании. Можно предположить, что новый комплекс будет обеспечивать автоматическое управление различными системами (в том числе и системами с элементами искуственного интеллекта).

В печати сообщалось, что максимальная скорость самолета С-37 составляет 2200 км/ч (М=2,1), у земли "Беркут" развивает 1400 км/ч. Его практический потолок - 18000 м, а практическая дальность без подвесных топливных баков -3300 км. Таким образом, по основным летным характеристикам С-37 не уступает или превосходит американский аналог - истребитель пятого поколения Локхид-Мартин F-22A "Рэптор", также проходящий в настоящее время летные испытания. О сопоставлении таких характеристик самолетов, как эффективность бортового комплекса вооружения или степень радиолокационной заметности говорить пока рано. Однако хочется надеяться, что фирма "Сухой", создавшая лучший в мире тяжелый истребитель четвертого поколения Су-27, окажется "на высоте" и в XXI веке.