Авиация и космонавтика 2000 09
Кандидат технических наук, доцент полковник в отставке Владимир АЛЕЩЕНКО
Военный летчик 1-го класса подполковник Сергей ЗДАНОВИЧ
СВЕРХМАНЕВРЕННОСТЬ САМОЛЕТОВ
Техника и тактика неразрывно взаимосвязаны. Развитие авиационной техники неизбежно ведет к развитию тактики воздушного боя, а развитие тактики стимулирует создание новых самолетов. Об этом свидетельствует история развития воздушного боя со времен Первой мировой войны и до наших дней.
В воздушном бою с использованием ракет 'воздух-воздух' большой и средней дальности (РБД и РСД) истребителю вовсе не нужна высокая маневренность, даже если атакуемый выполняет энергичные оборонительные маневры.
Опыт локальных войн и военных конфликтов второй половины XX столетия показал, что в воздушных боях возможно возникновение таких ситуаций, в которых использование РБД и РСД невозможно. Тогда становится неизбежным ближний маневренный воздушный бой с использованием ракет малой дальности (РМД) и стрелково-пушечного вооружения.
В процессе длительного маневрирования, когда действует правило 'кто кого', оружием становится и аэродинамика самолета. Так, если раньше по соображениям безопасности категорически запрещалось выходить на срыв- ные режимы, то в вооруженном конфликте между Сирией и Израилем в 1973 г. летчики часто прибегали к резким маневрам самолетов, порой на грани срыва. Эти воздушные бои показали необходимость снятия ограничений по выходу на срывные режимы полета. Более того, встал вопрос: как сделать управляемым полет на этих режимах? В середине 1970-х годов широкое распространение получила концепция создания 'сверхманевренного' самолета.
Маневренностью самолета называется его способность изменять свое положение в пространстве путем изменения вектора скорости по величине или направлению, либо одновременно и по величине и по направлению. Чем быстрее изменяется вектор скорости самолета, тем выше его маневренность. Для характеристики маневренности самолета используются как частные, так и общие показатели маневренности.
К частным показателям относятся угловые скорости и радиусы кривизны элементов маневров (фигур пилотажа), время выполнения маневра (фигуры). Но для характеристики маневренности самолетов классической аэродинамической схемы более приемлемы общие показатели маневренности – перегрузки. Максимальные маневренные возможности таких самолетов определяются располагаемой нормальной перегрузкой, которая, в свою очередь, зависит от высоты и скорости полета. При превышении этой перегрузки возникает опасность сваливания самолета с последующим переходом в штопор. Располагаемой нормальной перегрузке соответствуют максимальные угловые скорости и минимальные радиусы траекторий в плоскости маневра.
Опыт локальных войн показал, что маневрирование даже с выходом на срывные режимы полета не всегда давало желаемый результат. Причина – истребители третьего поколения уже вобрали все резервы 'поворотливости'. Стало ясно, что для победы в маневренном воздушном бою истребитель должен не только обладать большой 'поворотливостью', но и не сваливаться на закритических углах атаки. Возникла проблема обеспечения не только устойчивости, но и управляемости самолета на этих углах атаки. Появился новый термин – 'сверхманевренность', под которым понимался управляемый полет на закритических углах атаки.
Такое толкование 'сверхманевренности' недостаточно полно отражает существо дела, поскольку не учитывает соотношения с маневренностью самолета на докритических углах атаки. Сверхманевренным можно назвать такой самолет, у которого на режимах полета одинаковых с обычным маневренным самолетом скорости изменения траекторных углов (углов пути ? и наклона траектории Q), т.е. траекторные угловые скорости ('поворотливость') больше, чем у последнего, и который способен выполнять управляемый полет на закритических углах атаки.
Совместные работы ОКБ А.И.Микояна, ОКБ П.О.Сухого с ЦАГИ в этом направлении начались еще в 1969 году. Были открыты новые возможности значительного увеличения несущих свойств самолета при достаточно малом приращении сопротивления. Это новое направление, разработанное в ЦАГИ, основывалось на рациональном использовании специально индуцированных вихрей на верхней поверхности крыла, которые генерировались заостренными наплывами в его корневой части. Важным фактором явилось применение автоматически отклоняемых носков крыла, угол отклонения которых постоянно увеличивался с возрастанием угла атаки и, наконец, появилась 'уплощенная' форма фюзеляжа, что увеличивало его вклад в подъемную силу (до 40%) и уменьшало дестабилизирующее влияние на путевую устойчивость. Аэродинамическая компоновка носила интегральный характер в сочетании крыла с фюзеляжем посредством зализов большого диаметра. Иллюстрацией к сказанному служит рисунок, на котором сопоставлены схемы самолетов МиГ-29 и Су-27.
В октябре 1977 г летчик-испытатель Федотов А.В. совершил первый полет на опытном маневренном истребителе, будущем МиГ-29. На вооружение МиГ- 29 стал поступать в 1983 г. На международной авиационной выставке в Фарнборо (Англия) в сентябре 1988 г. летчик-испытатель А.Н. Квочур впервые продемонстрировал на этом самолете фигуру 'колокол' (взмывание вверх с торможением и последующим движением на хвост).
Большие успехи в создании сверхманевренного самолета были достигнуты в ОКБ П.О.Сухого, в котором создавался самолет Су-27. С 1976 г. работы по этому самолету велись под руководством главного (ныне Генерального) конструктора М.П.Симонова, а с 1980 г. под руководством главного конструктора Кнышева А.И.
Первый самолет этого типа Т-10-1 был по сути 'летающей платформой' – базой для создания сверхманевренных самолетов интегральной схемы. При соединении крыла с фюзеляжем по интегральной схеме увеличиваются внутренние объемы, что выгодно с точки зрения размещения топлива, оборудования и вооружения. Фюзеляж и крыло объединяются в одно целое – фюзеляж становится несущим, то есть создает значительную подъемную силу. Это позволяет уменьшить вес конструкции самолета, в частности, крыла. На этом самолете кроме 'уплощения' фюзеляжа и интегральной схемы его сочленения с крылом было применено автоматическое отклонение носков крыла.
Принципиально новым в облике сверхманевренного самолета явилась продольная статическая неустойчивость на дозвуковых скоростях полета. Неустойчивый по перегрузке самолет имеет одно существенное преимущество перед устойчивым: для его балансировки требуется на горизонтальном оперении создать подъемную силу, направленную в ту же сторону, что и подъемная сила крыла. Вследствие этого отклонение управляемого стабилизатора для балансировки будет приводить к увеличению подъемной силы самолета. Чтобы управлять неустойчивым по перегрузке самолетом применяются различные автоматические устройства, обеспечивающие желаемую устойчивость и динамические свойства самолета. В такой компоновке значительно увеличивалось аэродинамическое качество и несущие свойства в результате
