Балістичною траєкторією

1. А чи була радянська парова катапульта?
2. Залишиться тільки один
3. літак
4. Корабельний модифікований
5. Що таке крило зворотної стріловидності
6. морська авіація
7. колінами назад
8. ложка дьогтю

З легкої руки журналістів літак ОКБ Сухого зі зворотним стрілкою крила записали в прототип російського винищувача п'ятого покоління. А адже це був зовсім інший, унікальний проект російського палубного винищувача.

До 1970-х років СРСР одним з останніх в світі прийшов до висновку, що неможливо вважати себе морською державою, не маючи авіаносців. Радянські великі протичовнові кораблі з невеликою кількістю літаків вертикального зльоту і посадки не береться до уваги. Тому в 1977 році в СРСР розгорнулися роботи з проектування важких авіаносних крейсерів (по суті є справжніми авіаносцями) проектів 1143.5, 1143.6 і 1143.7. Масштаб і вартість робіт зі створення повноцінного авіаносця і палубної авіації для нього фахівці порівнюють хіба що з проектами першої атомної бомби або запуском людини в космос. Тому не дивно, що перші кораблі були «сирими».

У палубного Су-27К складаються не тільки крила, але і горизонтальне оперення.

Зокрема, було зрозуміло, що на момент сходу зі стапелів першого радянського авіаносця проекту 1143 «Адмірал Кузнєцов» вітчизняні палубні катапульти для літаків не будуть готові. У кращому випадку вони встигали до спуску першого радянського атомного авіаносця «Ульяновськ» - на ньому планувалося встановити чотири парових катапульти. Та й взагалі, робота катапульт в наших північних широтах з постійним намерзанням пара викликала великі сумніви. Тому на перших радянських авіаносцях - «Адмірал Кузнєцов» і «Варяг» - вирішили застосувати оригінальну ідею - зліт літака зі спеціального трампліна-рампи. Кажуть, якось на міжнародній збройовій виставці заступника генерального конструктора КБ Сухого Олега Самойловича запитали, а яка, власне, кривизна поверхні рампи. «Це найголовніший секрет радянського авіаносця», - була відповідь. Вдалося лише випитати, що це крива третього порядку. Коли літак сходить з рампи, він знаходиться в ідеальному куті атаки при швидкості 180-200 км / год (для Су-27). Рампа виявилася настільки вдалою, що з неї злетіли і інші раніше суто «сухопутні» літаки: МіГ-29К і штурмовик Су-25. Теоретично, з рампи-трампліна може злетіти літак будь злітної маси.

А чи була радянська парова катапульта?

Необхідність створити тренувальну базу для палубної авіації назрівала з кристалізацією авіаносців. Значним імпульсом для цього став візит делегації ВМФ СРСР в Сполучені Штати Америки в 1975 році. Під час цієї поїздки радянські військові подивилися навчальний центр Лейкхерст (Lakehurst) і авіаносець «Лексінгтон». Незабаром, в 1977 році, почалося будівництво вітчизняного наземного випробувального та навчально-тренувального комплексу корабельної авіації «НИТКА». Вважається, що проектувальники злітно-посадкового обладнання технічними відомостями за аналогічним американському полігону ще не було. Цей комплекс, розташований недалеко від міста Саки в Криму, по суті був підземним трипалубну авіаносцем, вбудованим в аеродром. На «наземної палубі», довжиною 290 м, встановили два трампліни з кутами сходу 8 і 14 °, командно-диспетчерський пункт і радіомаяки, а також парову катапульту довжиною 90 м, з діаметром циліндрів 500 мм і аерофінішер, з'єднані з потужними паросиловими і гідравлічними установками.
Величезний паровий котел генерував пар під тиском 64 атм і температурі 470 ° C, який подавався по трубопроводах щоб забезпечити плавний розгін літака. Після розгону пара конденсировался і повертався назад в систему. Маса тільки основних конструкцій комплексу перевищувала вагу великого сучасного нафтотанкерів водотоннажністю 50 000 т. До речі, палуба «земляного авіаносця» могла розгойдуватися, імітуючи хвилювання моря. У 1982 році успішно пройшли випробування розгінного пристрою (катапульти), аерофінішерів і аварійного бар'єра. Ура! Нарешті в СРСР з'явилася своя сучасна катапульта! Цей комплекс можна сміливо назвати видатним технічним досягненням свого часу. Однак недостатнє фінансування призвело до того, що всі роботи по катапультам і катапультним версіями літаків СУ-27 і СУ-25 довелося згорнути. Другу катапульту ввести в лад не вдалося.
Співробітники комплексу рятували єдину діючу катапульту на свій страх і ризик, мотивуючи свої дії тим, що вона потрібна для випробувань аерофінішерів. Здавалося, ще трохи і все зміниться на краще. Але стався розвал СРСР, «НИТКА» виявилася на території незалежної України, потім почалася економічна криза і розвиток військового флоту припинилося.

Залишиться тільки один

Вибір радянського основного палубного літака - майже детективна історія. Щоб розібратися в ній, потрібно визначитися, що таке основний палубний літак. Для цього треба відповісти, а що таке радянський авіаносець і які завдання він вирішує. У США авіаносець - перш за все ударний корабель, де винищувачі відіграють другорядну роль протиповітряної прикриття. Основа ж угруповання - два крила ударних штурмовиків і ударних літаків.

Застосування на Су-27км крила зворотної стріловидності мало такі переваги: ​​збільшення аеродинамічного якості під час маневрування на малих швидкостях; велика підйомна сила в порівнянні з крилом прямий стріловидності; збільшення дальності польоту на дозвукових режимах; краща керованість на дозвукових швидкостях; зменшення злітно-посадкової дистанції; менша швидкість звалювання; поліпшені протівоштопорние характеристики; збільшення внутрішніх обсягів планера.

В СРСР авіаносця відвели роль гігантського корабля ППО з основним завданням захисту корабельних з'єднань від атак з повітря. Перш за все - району розгортання підводних ракетоносців в Північному Льодовитому океані. Чому - не питайте нас. Хоча, будемо справедливі, почалися роботи і над палубної модифікацією нашого основного штурмовика Су-25. Велися також розробки відсутніх елементів палубної авіації: рятувальних вертольотів і літаків дальнього радіолокаційного виявлення (АВАКС) Як-44Е, ідеологічно повторюють американські Е-2С «Хокай». Але головна інтрига була в тому, який із двох літаків - Су-27 або МіГ-29 - займе основне місце на авіаносці. Американський авіаносець має водотоннажність близько 90 000 т і може нести близько 100 літальних апаратів. У первісному вигляді радянський проект передбачав стандартна водотоннажність 55 000 т (воно визначалося розміром найбільшого стапеля Чорноморського суднобудівного заводу в Миколаєві) і 52 літальних апарати на борту (18 Су-27, 18 МіГ-29 і 16 вертольотів Ка-27, в тому числі три вертольоти радіолокаційного дозору і два пошуково-рятувальних). МіГ-29К повинен був обороняти наші кораблі від повітряного нападу в ближній зоні і знищувати ворожі надводні кораблі, а Су-27К - забезпечувати протиповітряну оборону на далеких рубежах. Але пізніше було прийнято рішення скоротити кількість типів літаків на палубі - в результаті винищувач повинен був залишитися один.

За логікою речей, перемогти повинен був багатоцільовий МіГ-29, оскільки він компактніше, що дуже важливо для палубного літака. Для того щоб перемогти конкурента, у Су-27 зробили складаються крила. МіГ відповів тим же, зберігши лідерство по компактності. «Сухі», намагаючись зменшити розміри, постійно зсовували вісь складання крила до фюзеляжу, поки не стали чіпляти кінцями складених крил стелю ангарної палуби. Розглядалися варіанти і з зовсім екзотичними схемами з двома осями складання. Пропонувалося навіть залишити не складаються крило з розкладанням в горизонтальне положення килей, що дозволяло складувати літаки друг над другом на стелажах у вигляді гігантського сендвіча! Але в підсумку склали крило, причому настільки сильно, що слідом за ним довелося складати і випирає горизонтальне оперення! Під час випробувань на палубу «Адмірала Кузнєцова» сіли і Су-27, і МіГ-29, і навіть Су-25. Проте переміг Су-27, в першу чергу завдяки сильним пробивним якостям генерального конструктора «Сухого» Михайла Симонова. Просто зауважимо, що індуси вибрали для свого авіаносця МіГ-29.

Як вуха у вівчарки У Су-27км крила складалися незвичайно - вгору і вперед. В результаті літак займав менший простір на злітній палубі.

літак

Розробка палубного літака не зводиться до простого налаштування механізму складання крила і гальмівного крюка. По суті, всю машину перепроектує заново. В першу чергу це пояснюється зміцненням літака через зростання посадкових навантажень. Звичайний літак заходить на посадку (рівень глісади) під кутом 3 ° з подальшим вирівнюванням майже до 0 °, палубний - під кутом 4 ° без вирівнювання, що означає в 2-3 рази більшу вертикальну швидкість зниження. У фахівців є більш точний термін - ударна посадка. Щоб після неї літак не розвалився на частини, потрібно посилити весь його каркас, а також зробити інші шасі - навіть на фотографіях видно, що вони візуально більше стандартних. Носова стійка палубного Су-27К двоколісний замість стандартної одноколісним. Потрібно посилити мотогондоли. Список можна продовжувати до нескінченності. Закономірний підсумок - збільшення максимальної злітної ваги. Щоб хоч якось зберегти злітні характеристики, довелося поставити горизонтальне переднє оперення - вперше на серійної радянській машині; посилити механізацію крила - замість флапперона встановити двосекційний однощілинні (зі збільшеним до 45 ° кутом відхилення) закрилків і зависає елерон. В результаті навіть поважчала машина сходила з рампи при швидкості 147-149 км / год без осідання.

Незважаючи на те що баки розташовувалися навіть в поворотних частинах крила, пального для тривалого патрулювання не вистачало - на Су-27К, вперше в сімействі Су-27, штанга дозаправки в повітрі стала штатним обладнанням. У підсумку, на думку авіаконструкторів, «літак вийшов шикарним».

Корабельний модифікований

Практично всі лаври, а відповідно, і замовлення на літаки четвертого покоління йшли «Сухим». Тому неофіційно вважалося, що розробку винищувача п'ятого покоління - проект І-90 (винищувач 1990-х) - слід без конкурсу віддати миті, щоб хоч якось зберегти паритет серед авіавиробників. Симонов же придумав асиметричну відповідь - він домовився з корабелами на замовлення палубного винищувача п'ятого покоління!

Що таке крило зворотної стріловидності

Для того, щоб відповісти на питання, навіщо потрібен зворотний стреловидность крила, потрібно пояснити, для чого взагалі потрібна стреловидность. Справа в тому, що при русі на швидкостях польоту понад 450 км / год до звичайного опору повітря, який пропорційний квадрату швидкості, починає домішуватися і хвильовий опір. Не вдаючись в нетрі газової динаміки, пояснимо, що хвильовий опір - результат витрат енергії на освіту ударних хвиль при надзвуковому перебігу газу. Виникає питання, чому хвильовий опір з'являється вже при 450 км / год, тоді як швидкість звуку в повітрі близько 1190 км / год? Все просто - і на швидкостях польоту багато менше швидкості звуку, деякі потоки повітря можуть обтікати планер з надзвуковими швидкостями.
Хвильовий опір різко збільшується при наближенні швидкості літака до швидкості звуку, в кілька разів перевищуючи опір, пов'язаний з тертям і утворенням вихорів. Свого максимуму хвильовий опір досягає при невеликих надзвукових швидкостях (так званий хвильовий криза), після чого поступово зменшується. Крім швидкості, хвильовий опір безпосередньо залежить від форми тіла. Так ось, стреловидное крило сильно допомагає боротися саме з хвильовим опором.
Але стреловидное крило має один істотний недолік: при порівняно невеликих кутах атаки на кінцях стреловидного крила виникає зрив потоку (кінцевий ефект стреловидного крила), що веде до зменшення підйомної сили. На авіашоу при виконанні сучасними винищувачами фігур вищого пілотажу можна побачити такі білі смужки, що тягнуться з кінців крил - це не дим, а інверсійний слід залишається саме при зриві потоку на кінці крила. Подальше збільшення кута атаки при маневруванні веде до поширення зриву потоку по всьому крилу, втрати керованості і звалюванні літака в штопор. Проблему вирішували по різному, включаючи установку на крилах спеціальних гребенів, що перешкоджають поширенню зриву по крилу.
Крило зі зворотним стреловидностью частково позбавлене цього недоліку. По-перше, в крилі зворотної стріловидності немає кінцевих зривів і, отже, підйомна сила його вище. По-друге, зрив потоку на великих кутах атаки у такого крила виникає спочатку в кореневій частині крила, не порушуючи роботу елеронів, залишаючи літак керованим.
Але не все так просто. При створенні крила зворотної стріловидності виникли складні проблеми, пов'язані, в першу чергу, з пружною дивергенції (а попросту - скручуванням з подальшим руйнуванням крила). Продуваються в надзвукових трубах крила з алюмінієвих і навіть сталевих сплавів руйнувалися. Спроби збільшення жорсткості крила, що має традиційну металеву конструкцію, приводили до неприпустимого зростання маси.
Лише в 1980-х роках з'явилися композитні матеріали, що дозволяють боротися зі скручування. Така технологія була застосована на двох експериментальних літаках X-29, створених американською компанією Grumman Aircraft Corporation і проходили випробування з 1984 по 1992 рік на базі Едвардс в Каліфорнії. Випробування показали, що крило зворотної стріловидності забезпечує: значне збільшення аеродинамічного якості під час маневрування, особливо на малих швидкостях; велику, в порівнянні з крилом прямий стріловидності, підйомну силу, а отже і більшу відносну вантажопідйомність; збільшення дальності польоту на дозвукових режимах за рахунок меншого балансування опору; кращу керованість на малих дозвукових швидкостях (і, як наслідок, поліпшення злітно-посадочних характеристик); меншу швидкість звалювання в штопор. За оцінками американських фахівців, заміна на літаку типу F-16 звичайного крила на крило зворотної стріловидності мало призвести до збільшення кутової швидкості розвороту на 14%, а бойового радіусу дії на 34%. При цьому злітно-посадкова дистанція скорочувалася на 35%. Однак далі експериментів справа не пішла. Мало того, Grumman програла всі конкурси на перспективний винищувач для ВПС США.
Великим ентузіастом крила зворотної стріловидності був генеральний конструктор «ОКБ Сухого» Михайло Симонов. Провал Grumman в тендерах не зупинив конструктора - аж надто великі переваги обіцяло нове крило в разі успіху. Тим більше став відомий основний недолік X-29 - неприйнятна аеродинамічна тряска. Виникала вона при зустрічі двох набігаючих вихрових потоків: одного з носка крила, іншого - з околофюзеляжних напливів. Перемогти X-29 тряску Симонов розраховував за допомогою відхиляється носка передньої кромки крила.

Перші радянські літаки для авіаносців робилися, як і самі авіаносці, в авральному порядку і представляли по своїй суті морську адаптацію звичайних «наземних» винищувачів і штурмовиків. Тим часом авіаносець - набагато більш долгоживущий тип озброєння, ніж літаки. Його ресурс (30-50 років) визначається перш за все моральним старінням, а життєвий цикл літака - 25-30 років. Тому, як правило, за своє життя авіаносці встигають пережити зміну 2-3 поколінь літаків, які в усьому світі проектуються спеціально під авіаносці. Було зрозуміло, що радянським авіаносців, які планувалося будувати серійно, років через 15-20 буде потрібно заміна палубних Су-27К, і у Симонова такий літак як раз буде! Цей винищувач повинен був зробити перший політ в 1995 році, а до цього часу щосили надходити на озброєння численних радянських авіаносців.

Щоб особливо не афішувати цей амбітний проект, літак отримав позначення Су-27км (корабельний модифікований), хоча загальним з Су-27 у нього був лише один елемент - ліхтар кабіни пілота.

морська авіація

Оскільки серйозно збільшувати розміри авіаносців не планувалася, до літака були пред'явлені універсальні вимоги: він повинен був виконувати функції як перехоплювача, так і ударного літака, тобто бути багатоцільовим. Це означало постійне зростання маси - апарат виходив важким, з максимальною злітною вагою під 40 т. До того ж не було впевненості, що на момент його появи будуть вирішені проблеми з вітчизняними катапультами, а значить, злітати йому доведеться з рампи. У повітряному бою він повинен був перевершувати основного морського конкурента - американський F-14D SuperTomcat. Літак спочатку створювався з урахуванням технології «Стелс», тому вся бойова навантаження розміщувалася усередині фюзеляжу, а кили були «завалені» всередину.

Існуючі вітчизняні палубні літаки злітають по висхідній траєкторії. Перспективний Су-27км міг би злітати по балістичної траєкторії, що дозволяло йому мати більший злітна вага.

Літак відразу створювався як корабельна машина (зауважимо, вперше в СРСР), тому на ньому було багато чисто морських примочок. Наприклад, відокремлювана кабіна. Статистика бойових дій корабельної авіації показувала, що льотчик гинув в першу добу перебування в воді, тому проблему порятунку просте катапультное крісло не вирішувало. Відокремлювана герметична кабіна Су-27км рятувала пілота навіть при відділенні на глибині 10 м і могла підтримувати життєдіяльність льотчика близько трьох діб. Для більшої переносимості перевантажень при маневруванні спинка крісла пілота була нахилена назад на 30 °, проти 17 ° у звичайних літаків. Управлятися же літак повинен був джойстиком, встановленим справа. Передбачалося поворотний у вертикальній площині плоске сопло.

Загалом, літак виходив завидним. Залишалася, щоправда, одна майже нерозв'язна проблема - як підняти все це в повітря без катапульти?

колінами назад

Був придуманий ніде раніше не застосовувався спосіб - балістичний зліт. Сенс його в тому, що літак сходить з рампи і летить, подібно до кинутого каменя, балістичною траєкторією. Правда, на відміну від каменя, з працюючими на форсажі двигунами. Досягнувши піку траєкторії, літак починає «просаджувати» вниз, причому просадка може досягати 15 м від верхньої точки траєкторії, але за рахунок зростаючої швидкості і дуже великого кута атаки крило «підхоплює» машину, і в низхідній гілці траєкторії, приблизно на рівні зрізу рампи, балістична траєкторія переходить в нормальний політ з набором висоти. Проблема полягала в тому, що при такому старті при сходженні з рампи крило виходило на великі кути атаки, відбувався зрив потоку, і літак просто падав у воду. Вихід був один - крило зворотної стріловидності, яке дозволяло виходити на великі кути атаки без загрози звалювання. У «Сухого» вже був досвід проектування легкого (до 20 т) однодвігательний винищувача з таким крилом - проект С-22. Цей проект довели до стадії робочого проектування, був випущений комплект робочої документації, який потім весь пішов в кошик. Вважалося, що на цьому проекті Симонов до досконалості «відкатав» технологію крила зворотної стріловидності.

У крила такій конфігурації з'явився і додатковий плюс. В ідеалі при складанні крила воно повинно «ламатися» за технологічним стику. Однак у Су-27км крило складалося не перпендикулярно фюзеляжу, як у всіх палубних літаків традиційної схеми, а вперед, як вуха у собаки-вівчарки, що можливо тільки при наявності крила зворотної стріловидності.

Цілком таємно Ніхто ніколи не бачив так званий проект С-22 - однодвігательний винищувач зі зворотним стрілкою крила. Але в ЦАГІ є дивно схожа на нього аеродинамічна модель.

ложка дьогтю

Загалом, літак виходив ідеальним. Існувало лише одне «але». Справа в тому, що витримувати колосальні навантаження на вигин, які відчувають крилом зворотної стріловидності, здатне тільки крило, виконане по композитної технології з використанням углепластиков, де зі скручуванням боролися шляхом спрямованої намотування вуглеволокна. Головний недолік цього матеріалу - його неремонтоздатність. Розрив карбонових волокон неможливо ліквідувати, і він веде до принципових змін властивостей матеріалу. Тому пошкоджені углепластіковиє компоненти завжди доводиться міняти цілком, як, наприклад, в гоночних болідах «Формули-1». Кульові й осколкові пробоїни на бойових літаках, як правило, оперативно зашпаровують на землі. МіГ-25, виготовлений зі сталі, дозволяє заварювати ушкодження навіть звичайної електрозварюванням. Теоретично, пошкоджене вуглепластикові крило Су-27км можна було б поміняти цілком. Тільки ось до аеродрому такий літак навряд чи дотягне - при колосальних навантаженнях яке зазнало втрат міцність крило від першого ж снаряда миттєво зруйнується в повітрі. Чи вдалося інженерам ОКБ Сухого вирішити цю проблему, «Популярною механіці» невідомо.

У травні 1989 року розробка Су-27км була припинена рішенням Військово-промислової комісії. ОКБ Сухого продовжило роботи за свій рахунок і на початку 1990-х років разом з Іркутським авіаційним заводом побудувало всього одну літаючу експериментальну машину, що отримала індекс C-37 і прозвану в пресі «Беркутом». Вона лише віддалено нагадувала вихідний Су-27км і була помилково зарахована до горезвісних літакам п'ятого покоління.

У найближчих номерах «ПМ» продовжить розповідь про радянську авіаносну програму.

Стаття опублікована в Журналі «Популярна механіка» ( №11, Січень 2007 ).