Из истории развития сверхзвуковых истребителей. Часть первая

Зимой 1948 года на опытном самолете Ла-176, угол стреловидности крыла которого составлял 45°,— на 10% больше, чем у любой нашей машины тех времен,— молодой летчик-испытатель О. Соколовский достиг скорости звука. С декабря 1948 года по январь 1949-го машина выходила на заветный рубеж шесть раз.
Вместе с экспериментальными самолетами барьер штурмовали и некоторые истребители. Осенью 1949 года летчик-испытатель А. Тютерев в пологом пикировании на МиГ-15 превысил скорость звука на 1%. Еще дальше продвинулся — уже на МиГ-17—летчик-испытатель П. Казьмин. Его «результат» — 18-процентное превышение звуковой скорости…
Вот что пишет о практическом значении таких полетов летчик-испытатель 1-го класса И. Шелест: «Недавно в архиве я разыскал технический отчет № 296 за 1952 год об этой работе. Вот о каких своих наблюдениях поведал нам тогда летчик. «Самолет при полете в области больших величин «М»… уподобляется жесткой пружине, которую трудно отклонить в любую сторону». И далее: «самолет настолько «плотно сидит в воздухе», что отклонить его по всем трем осям очень трудно. Это может служить большим препятствием для выполнения эволюции в боевых условиях… Для выполнения маневрирования на сверхзвуковой скорости необходимо применение каких-либо дополнительных средств в управлении».
Как же проектировать самолеты следующего, сверхзвукового поколения? Слишком еще непродолжительны были храбрые броски по скоростной шкале, чтобы составить представление о том, как, собственно, нужно «вылизывать» формы крыла, оперения, фюзеляжа? В расчете на какие режимы надо проектировать самолет? Ведь, стартуя на перехват высотной и скоростной цели, сверхзвуковой истребитель последовательно проходит весь посильный для него диапазон скоростей—от малых дозвуковых до высоких сверхзвуковых, а сесть ему нужно на не слишком длинную полосу. Необходимы боевой авиации и машины, отлично приспособленные к барражированию на дозвуке, но могущие, если надо, преодолеть барьер. Каким двигателем оснастить самолет, чтобы располагать избытком мощности для прорыва через М-1, но не возить «мертвый» груз в дозвуковой зоне?

Словом, непростая эта задача—оптимально сочетать в одной машине свойства сверхзвукового истребителя и самолета с приемлемыми весовыми, взлетно-посадочными, маневренными характеристиками. Непростая даже, если конструкторы располагают точными и всесторонними данными о сверхзвуковом полете. А их, этих данных, как раз и не хватало. Добыть недостающую информацию должны были беспилотные и пилотируемые «зонды»: сверхзвуковые опытные и экспериментальные самолеты, иные летательные аппараты.
Еще в 1946 году под руководством известного специалиста по аэродинамике самолета, профессора И. Остославского в ЦАГИ построили и испытали серию моделей, действовавших по принципу падающей бомбы. Сброшенные с самолетаносителя крылатые — с прямыми, стреловидными, треугольными и ромбовидными плоскостями — «бомбы» развивали высокие околозвуковые скорости. Нужные замеры потоков и напряжений делала аппаратура, размещенная в теле снаряда.

В конце 40-х годов ЛБ (так сокращенно называли «летающую бомбу») оснастили твердотопливным ускорителем. Разгонять снаряд силе земного притяжения помогал теперь двигатель. Скорость достигала 1700 км/ч. Недорогой и безопасный крылатый снаряд позволил нащупать закономерности сверхзвукового полета. Примерно в то же время летчики-испытатели А. Пахомов и Г. Шиянов летали на ракетном самолете конструкции М. Бисновата.
На высоту эту экспериментальную машину с тонким стреловидным крылом доставляла авиаматка — бомбардировщик-ветеран Пе-8, В середине 50-х годов КБ А. Микояна создало сразу две экспериментальные машины—до предела облегченный истребитель с дополнительным двигателем — ЖРД, и другой, тоже с комбинированной силовой установкой. Первый испытывали летчики В. Нефедов и Г. Седов, на втором штурмовали высоту и «зазвук» В. Васин и другие пилоты.
В 1967 году Валентин Васин развил на ракетно-турбореактивном МиГе скорость, в 2,33 раза превышающую звуковую… В 1950—1951 годах КБ А. Яковлева строит экспериментальную машину Як-1000 с треугольным крылом чрезвычайно малого удлинения. Назначение самолета — летные исследования несущих поверхностей такой формы… В США для исследования проблем сверхзвукового полета использовались экспериментальные самолеты Х-1, 0-558 «Скайрокет», Х-2, Х-3, созданные в 40-х и начале 50-х годов. Первого из ракетных «спринтеров», Х-1, (1946 г.) оснастили четырехкамерным ЖРД с общей тягой 2722 кг. Регулировать мощность можно было последовательным включением камер. При собственном весе двигателя 95 кг он пропускал через свои камеры сгорания 1360 л спирта и 1300 л жидкого кислорода всего за 2,5 мин работы на полной тяге. Крыло Х-1 и его более поздних модификаций — прямое, с относительной толщиной от 10 до 4%.
Экспериментальный Дуглас 0-55811 «Скайрокет» впервые поднялся в воздух в начале 1948 года. Крыло—стреловидное, с дозвуковым профилем, толщиной около 10%. Силовая установка состояла поначалу из двух двигателей—ТРД с тягой 1360 кг и четырехкамерного ЖРД с полной тягой 2720 кг. Взлетал «Скайрокет» на ТРД с помощью стартовых ускорителей под фюзеляжем, набирал высоту и пикировал, развивая сверхзвуковую скорость. Позже ТРД сняли. Машину поднимали на 10-километровую высоту самолетом-носителем В-29 и сбрасывали. Предоставленный самому себе, «Скайрокет» с помощью ЖРД забирался на 18—25 км. Достигнув потолка, 0-558 продолжал полет на полной тяге с небольшим снижением, а затем, после сгорания всего горючего, шел на посадку по-планерному.

Летали на «Скайрокете» и по другим программам—от чисто научных и престижно-рекордных до испытаний с ярко выраженным военным прицелом. Один из последних экземпляров приспособлен для ношения бомб, топливных баков и других грузов под крылом, чтобы исследовать, как поведет себя сверхзвуковая машина с наружными боевыми подвесками. Самой главной ношей «Скайрокета» и других экспериментальных самолетов была регистрирующая и измерительная аппаратура, вес которой достигал нескольких сот килограммов. Машину буквально нашпиговали километрами проводов, датчиками, тензометрами, 400 манометров замеряли давления в разных точках крыла и оперения, более 900 тензометров, соединенных с осциллографами, фиксировали усилия в управлении и напряжения в конструкции самолета. Пять кинокамер фиксировали на пленке шкалы различных приборов. Подбирая научную аппаратуру, исследователи заботились не только о сиюминутных проблемах скоростного полета. Впереди, далекий пока для военной авиации, маячил новый барьер — тепловой. И чтобы подойти к нему во всеоружии точных сведений об аэродинамическом нагреве, летающие лаборатории оснастили датчиками температуры: простейшими и сложными. Х-2, например, напоминал перед полетом со скоростью 3 тыс. км/ч жар-птицу — самолет покрыли разноцветными красками. Каждая размягчалась и начинала стекать при определенной, заранее оттарированной температуре. После посадки, по словам пилота Х-2 Ф. Эвереста, «термостойкая краска на передних кромках была опалена и местами вздута, как будто кто-то провел по этим местам паяльной лампой».

У Х-3 (первый полет состоялся осенью 1955 года) носовая часть фюзеляжа охлаждалась топливом, которое циркулировало под обшивкой… «Летающие бомбы», пилотируемые турбореактивные и ракетные самолеты, начиненные аппаратурой и датчиками, поставляли специалистам ценнейший материал. Трудно переоценить и впечатления опытнейших летчиков-инженеров, дополнявшие бесстрастные показания приборов. Тысячи метров осциллограмм и кинопленки, тысячи страниц пилотских отчетов превращались трудами аэродинамиков и управленцев, двигателистов и прочнистов, представителей всех авиационных профессий в тысячи графиков, таблиц, номограмм…

Конструкторы знали теперь не только общие закономерности «сверхзвука», но и то, как они проявляются в каждой точке крыла, на его концевой и комлевой частях, как ведут себя рули и элероны, как меняется их эффективность при изменении числа М, в зависимости от формы и положения… Итак, что же выяснилось в результате сложных, дорогих, стоивших жизни многим летчикам-испытателям полетах экспериментальных и опытных машин? Столь пугавший конструкторов рост сопротивления в трансзвуковой (число М, близкое к 1) зоне приобретает за барьером более плавный, спокойный характер. Сжимаемость воздуха, из-за которой круто подскакивало сопротивление, не проявляется так «агрессивно» при больших числах М. Трение же, напротив, выходит на первый план и определяет на современных самолетах 75% всего вредного сопротивления. Преимущества стреловидного крыла по сравнению с прямым исчезают при М=2. В этой области сопротивления прямой и скошенной под углами 45° и 60° поверхностей практически одинаковы. Из-за иных соотношений между разными компонентами сопротивления (индуктивного, волнового, трения) сверхзвуковой самолет нужно оснастить прямым или треугольным крылом малого удлинения.
Как и прежде, предпочтение нужно отдать тонким3—8%—профилям. Передняя кромка крыла должна стать еще острее. С другой стороны, чем тоньше крыло и острее его передняя кромка, тем меньше углы атаки, при которых начинается срыв потока. Ухудшение несущих свойств поверхностей приводит к снижению эффективности элеронов и рулей… Даже из этих скороговоркой перечисленных сведений можно представить, как противоречат друг другу требования аэродинамики и прочности, как сложно создать самолет с хорошими сверхзвуковыми, дозвуковыми и взлетно-посадочными свойствами… Прибавьте к этому клубку проблем еще одну — аварийного покидания машины на сверхзвуке—и вы приблизительно представите заботы авиаконструкторов начала и середины 50-х годов. «При эквивалентном скоростном напоре 3173 кг/м2 и более,—отмечали в 1956 году участники конференции американской Ассоциации авиационной медицины,— нефиксированные части тела (голова и конечности) человека на катапультируемом кресле начинают разбрасываться с силой, превышающей мускульный контроль.

Могут иметь место вывихи или повреждения от ударов о кресло, В частности, вывихи и переломы наблюдались при катапультировании вниз на высоте 12 тыс. м и скорости менее 930 км/ч. Эксперименты на животных с открытыми мордами на скорости более 1100 км/ч показали, что через рот и нос в желудок попадает избыточный воздух. Имел место случай, когда у летчика, потерявшего шлем при сверхзвуковом катапультировании, в желудке оказалось 3 л воздуха». Упомянутый случай стал хрестоматийным в истории авиационной медицины. Произошел он в 1955 году, когда летчик Р. Смит испытывал серийный сверхзвуковой самолет Норт Америкой Р-1 00 «Супер Сейбр». На высоте свыше 11 км машина вдруг перешла в крутое пикирование со сверхзвуковой скоростью. Решив катапультироваться, пилот не поставил ноги на подножки кресла и вообще не принял положения, предписанного инструкцией и печальным опытом погибших предшественников. Катапульта сработала и выбросила из кабины пилота, оставшегося в наклонном положении, с незафиксированными на подлокотниках руками. Авария случилась над морем. Приводнившегося Смита нашли в бессознательном состоянии (он пришел в себя лишь через 5 суток), с сильно израненным лицом, поврежденными руками и ногами, множеством ран. Тело пилота держалось на плаву благодаря воздуху, заполнившему под давлением желудок…

Какие только системы не перепробовали конструкторы, чтобы спасти в аварийных ситуациях пилотов-сверхзвуковиков. Благо если «выстрелиться» можно на небольшой скорости. А если нет? Усилиями специалистов катапультируемое кресло превратилось в сложный агрегат. Его механизмы сами, автоматически, после того, как нажат аварийный рычаг, буквально связывают летчика по ногам и рукам, фиксируют зажимами и притягами конечности, заслоняют лицо или гибкой, но прочной шторкой, или стальным забралом, кресло выстреливается из кабины, распускает небольшие плоскости — стабилизаторы и, затормозившись, само выпускает пилота из «объятий». До выстрела, открыв замки фонаря, кресло отпирает кабину, «выжидает», пока ревущий поток унесет прозрачный обтекатель, и только после этого включает пиропатрон. Не помеха для сиденья и заклинивший фонарь. Оно сносит его массивным и прочным бронезаголовником…
В полной мере достижения реактивного авиастроения воплотились в первом советском сверхзвуковом истребителе МиГ-19, поступившем в серийное производство в 1954 году. Тонкое, с большой (56°) стреловидностью крыло, два мощных двигателя РД-9Б с тягой по 3250 кг на форсаже, совершенная аэродинамика, цельноповоротный стабилизатор, три 30-мм пушки — вот лишь некоторые особенности МиГ-19, ставшего одним из основных самолетов нашей авиации. Гидравлическую систему управления стабилизатором дублировали две аварийные — гидро- и электромеханическая. Автоматика таким образом изменяла передаточное отношение управления, чтобы на разных высотах и при разных скоростях (при разных величинах скоростного напора, определяемого плотностью воздуха и квадратом скорости полета) одинаковое отклонение ручки управления вперед-назад вызывало одинаковую реакцию машины.

Максимальная скорость МиГ-19—1450 км! На нашем первом сверхзвуковом истребителе провели эксперименты по бомбометанию с кабрирования, ставшему потом обычным боевым приемом летчиков. Идея метода такова— истребитель-бомбардировщик сбрасывает бомбу на малой высоте (чтобы быть «невидимым» для радиолокаторов противника), но не в горизонтальном полете, а при кабрировании, в крутом наборе высоты с последующим боевым разворотом (или иммельманом) на обратный курс. Подчиняясь законам баллистики, на огромной скорости бомба сначала идет вверх, а затем снижается, описывает баллистическую кривую и попадает в цель. Создав в начале 50-х годов всепогодный барражирующий перехватчик Як-25 — двух двигательную машину со стреловидным крылом и шасси велосипедного типа, — КБ А. Яковлева проектирует по такой же схеме многоцелевой сверхзвуковой Як-28. Конструкторский коллектив П. Сухого дает нашим ВВС сверхзвуковой истребитель — бомбардировщик Су-7.
В конце 50-х годов в серийное производство поступает одноместный истребитель — МиГ-21 с треугольным крылом. Максимальная скорость нынешних вариантов машины более чем вдвое превышает звуковую. Современник первого в СССР сверхзвукового истребителя МиГ-19—американский Норт Америкен F-100 «Супер Сейбр», представлявший собой развитие «Сейбра». Этот довольно тяжелый (максимальный полетный вес F-100С — 17,7 т) построен по традиционной схеме машин «стреловидного» поколения—скошенные под большим — 45° углом — консоли, цельноповоротный стабилизатор, «лобовой» воздухозаборник двигателя. Совсем иначе выглядит всепогодный истребитель-перехватчик Конвер F-102 «Дельта Деггер», в самом названии которого содержится указание на форму крыла: дельтавидную, треугольную в плане.

Проведя в 1953—1954 годах испытания опытных образцов самолета, специалисты убедились; вопреки всем надеждам F-102 вовсе не сверхзвуковая машина. Чтобы спасти положение и оправдать немалые расходы, фирма радикально переделала самолет, а самое главное — применила недавно открытое «правило площадей». Согласно правилу «сечения фюзеляжа по всей его длине контакта с крылом следует уменьшить на величину, равную площади сечения (в этом же месте) крыла». Центральную часть корпуса F-102 поджали, нос удлинили, а хвостовую часть фюзеляжа чуть утолщили. В результате скорость модернизированного Р-102 превысила звуковую, и в 1956 году началась эксплуатация машины в ВВС США. В том же году фирма «Локхид» приступила к серийному выпуску многоцелевого истребителя F-104 «Старфайтер» с прямым крылом чрезвычайно малого размаха. Фирма реализовала рекомендации аэродинамиков: характеристики прямого и стреловидного крыла сравнимы при скоростях, близких удвоенной звуковой. Относительная толщина профиля всего 3,4%. Радиус передней кромки консоли — 0,4 мм. Задняя настолько остра, что на стоянке ее прикрывают войлочными чехлами. Самолет выпускался в нескольких вариантах.

В 1956 году, по сообщению журнала «Интеравиа», фирма создала модель F-104К — машину для тренировки космонавтов. В хвостовой части фюзеляжа установили дополнительный двигатель ЖРД «Рокетдайн»… В начале 60-х годов радикально переделанный самолет—из перехватчика машину превратили в истребитель-бомбардировщик F-104G—поступил на вооружение западногерманских ВВС и составил основу боевой авиации ФРГ. Утяжеление машины при очень малом размахе крыла трагически сказалось на летных свойствах F-104. До конца 1970 года потерпели аварии и катастрофы 123 «Старфайтера», лишившие жизни 61 пилота… Дельтавидные «бесхвостки» и самолеты с короткими стреловидными, почти треугольными крыльями типичны для авиастроения конца 50-х — начала 60-х годов. Предназначенные поначалу для роли истребителя, машины все больше берут на себя функции и истребителей-бомбардировщиков, и разведчиков.
Некоторые фирмы, например, французская «Марсель Дассо», создали серию «Миражей», «бесхвосток» с треугольным крылом, которые при внешнем сходстве предназначаются для выполнения разных боевых задач — от перехвата до атомной бомбардировки. Американский Мак Доннел F-4 «Фантом», серийный выпуск которого начат в 1961 году, используется в качестве истребителя-бомбардировщика и палубного боевого самолета для авиации ВМС. Вместе со сверхзвуковыми самолетами тактической авиации в военно-воздушных силах многих стран находится изрядное количество околозвуковых машин, таких, например, как А4 «Скайхоук» (США) с максимальной скоростью у земли (без внешних подвесок) около 1110 км/ч. Вооружение многоцелевых самолетов — в зависимости от боевой задачи. Отнюдь не устарело классическое бортовое оружие, автоматические скорострельные пушки, размещенные в подвесных контейнерах или в фюзеляже…
В отличие от истребителей с бомбовой нагрузкой «чистые» бомбардировщики не столь быстро преодолели звуковой барьер. «Отставание» этих машин объясняется не только техническими сложностями. «Можно предполагать,— писал в середине 50-х годов технический директор английской фирмы «Хендли-Пейдж» Р. Стаффорд,— что, увеличивая высоту полета, бомбардировщик с околозвуковой скоростью может считаться неуязвимым до тех пор, пока не будут созданы управляемые реактивные снаряды, способные маневрировать на больших высотах. Когда такие снаряды поступят на вооружение ПВО, бомбардировщикам в целях безопасности придется летать на сверхзвуковых скоростях».

Первым реактивным фронтовым бомбардировщиком, принятым на вооружение в нашей стране, стал Ил-28—двухдвигательная машина с прямым крылом и стреловидным хвостовым оперением. При дальности 2400 км бомбардировщик развивал скорость 900 км/ч. Потолок достигал 12 300 м. В носовой части Ил-28 располагались две неподвижные стрелковые установки с 23-мм пушками НР-23. Заднюю полусферу самолета защищала кормовая турельная установка из двух 23-мм пушек…
Начав с модификации ветерана Ту-2 — вместо поршневых двигателей на нем установили два ТРД,— КБ А. Туполева создало прямокрылый фронтовой бомбардировщик—торпедоносец Ту-14, а затем бомбардировщик Ту-16 со стреловидным крылом. Простая и надежная боевая машина стала основой первого у нас реактивного пассажирского самолета Ту-104. Реактивный двигатель устанавливали и на специальный самолет-штурмовик, самолет поля боя. Уже после войны КБ С. Ильюшина, выпустив опытные поршневые машины Ил-16 и Ил-20, приступило к разработке самолета поля боя с турбореактивными двигателями Ил-40, который успешно прошел летные испытания. «Конструированием этой машины,— пишет в своей книге «Советские авиационные конструкторы» доктор технических наук генерал-полковник-инженер А. Пономарев,— закончился этап создания самолетов поля боя».

За рубежом долгие годы после войны состояли на вооружении поршневой штурмовик Дуглас «Скайрейдер» и ряд дозвуковых реактивных машин. Основу стратегической бомбардировочной авиации США до сих пор составляет Боинг В-52 «Стратофортресс», опытный образец которого стартовал весной 1952 года. Самолет дозвуковой, со стреловидным крылом большого удлинения. Шасси велосипедного типа. Под каждой консолью чрезвычайно гибкого крыла на пилонах попарно размещены восемь турбореактивных двигателей. В 50-х годах в первый полет поднялся единственный на Западе бомбардировщик-«сверхзвуковик» — Конвер В-58 «Хастлет» с дельтавидным крылом. Правда, «бесхвостка» обладает дальностью полета, недостаточной для выполнения стратегических задач, В конце 50-х — начале 60-х годов в США сделали дорогостоящую попытку создать сверхзвуковой стратегический бомбардировщик Норт Америкен В-70 «Валькирия», способный заменить В-52. Самолет рождался в мучительных спорах между заказчиком, фирмой-изготовителем и конгрессом США. Одни считали, что баллистическая межконтинентальная ракета выполнит задачу куда успешнее громоздкого и уязвимого самолета. По мнению других, скорость и высота полета В-70 слишком велики, чтобы он мог точно сбросить бомбы. Третьи полагали, что машина устареет еще до того, как конструкторы справятся с массой чисто технических проблем…

Первый полет В-70 состоялся почти через десять лет после начала разработок. В 1965 году бомбардировщик достиг расчетной скорости, в три раза превысившей звуковую. Спустя год второй опытный экземпляр потерпел катастрофу в результате столкновения с сопровождающим истребителем. «В-70, рожденный в спорах и конфликтах,— писал по этому поводу американский журнал «Эр прогресс»,— не мог даже спокойно погибнуть. Обстоятельства, сопровождавшие катастрофу, вызвали много разговоров и расследований со стороны Пентагона». Работы над В-70 были прекращены. Уцелевший образец машины стартовал в последний раз 4 февраля 1969 года, приземлился на авиабазе Райт Паттерсон и стал экспонатом музея ВВС…

Литература:
Андреев И., Захаров А. «Боевые самолеты» 1992г.
Попова С. «Аэрофлот от А до Я» 1986г

Оставить комментарий