Авиация и время 2008 02
Шрифт:
13 марта американская корпорация Lockheed Martin объявила о начале испытаний истребителя F-35 Lightning II по дозаправке в воздухе. На фото, сделанном днем раньше, запечатлена первая стыковка «Лайтнинга» (это название, вероятно, никогда не останется невостребованным) с воздушным танкером Boeing КС-135.
Андрей Хаустов/ «АиВ», Александр Котлобовский/ Киев
Последний крылатый джентльмен
Истинный джентльмен всегда выделяется из серой массы. Это в значительной
Британскую школу авиастроения всегда отличал определенный консерватизм. Новые конструкции обычно появлялись путем длительной эволюции проверенных временем решений. Не стали исключением и первые в стране реактивные самолеты. Например, «Вампир» имел деревянную носовую часть фюзеляжа. Однако прогресс не стоял на месте. К концу 1940-х гг. идея принятия на вооружение сверхзвуковых самолетов уже буквально витала в воздухе. К тому времени авиационная наука добилась серьезных успехов. Было изучено явление сжимаемости воздуха и не без влияния трофейных германских проектов разработаны первые в стране стреловидные крылья. Существенные успехи были достигнуты в области двигателестроения, технологии, конструкционных материалов, а также радиоэлектроники. К тому же, на планете вновь запахло порохом – мир вошел в эпоху «холодной войны».
В течение первых послевоенных лет в компании English Electric Company (EEC) под руководством шеф-конструктора Эдварда «Тедди» Питера (Edvard «Teddy» Petter) был разработан ряд проектов сверхзвуковых самолетов, которые не были воплощены в металле, но стали основой будущих разработок. 1 ноября 1948 г. с Министерством снабжения Великобритании удалось достигнуть предварительного соглашения о создании сверхзвукового истребителя. 12 мая следующего года был подписан контракт на проектирование опытного самолета Р. 1 (Project 1), который к тому времени приобрел многие характерные черты будущего «Лайтнинга». Официальные технические требования F.23/49 и сопутствующий им контракт подписали в сентябре 1949 г.
Перед постройкой самолета EEC добилась у Министерства снабжения выделения средств на обширную программу экспериментальных исследований. Так, в 1949 г. компания ввела в строй новую аэродинамическую трубу, которую уже в следующем году доработали для выполнения продувок моделей на трансзвуковых скоростях. Был изготовлен стенд с полноразмерным макетом кабины и системой управления самолетом. Его особенностью была не только отработка алгоритмов управления, но и моделирование температурных режимов полета, что позволило достаточно точно определить ресурс элементов системы управления. Аналогичный стенд был построен для испытания гидросистемы самолета.
Р.1 представлял собой проект, неординарный во многих отношениях. Форма крыла в плане была образована треугольником (кстати, именно треугольное крыло рассматривалось на начальном этапе работ) с вырезанным из него в корневой части треугольным сегментом. Получился своего рода гибрид стреловидного и треугольного крыльев. По мнению конструкторов, это давало ряд преимуществ. Ось элеронов была перпендикулярна оси самолета, что обеспечило их более высокую эффективность, а также оказалось весьма полезно с точки зрения прочности. Дело в том, что благодаря такой конфигурации крыла крутящий момент, вызванный отклонением элерона, частично превращался в изгибающий, хорошо воспринимаемый лонжеронами. Это препятствовало возникновению реверса элеронов. Для обеспечения лучших маневренных характеристик крыло получило геометрическую крутку и щелевые «запилы» на передней кромке в элеронной зоне. «Запилы» генерировали мощные вихри, препятствовавшие развитию срывных явлений на больших углах атаки, и улучшали эффективность элеронов. Большое внимание уделялось и местной аэродинамике. Например, в околофюзеляжной части крыла переднюю кромку профиля модифицировали до острой, чтобы затянуть момент возникновения скачка уплотнения в этой зоне до больших чисел М. Крыло имело достаточно тонкий профиль, и конструкторам пришлось пойти на определенные «изыски», чтобы расположить в нем ниши основных опор шасси.
Экспериментальный самолет SB.5 в конфигурациях с Т-образным (слева) и палубным оперением
Опытный самолет Р.1 А значительно отличался от «Лайтнинга»
Прототип
Самолет Р. 1В в ходе испытаний с ЖРД
Он же с увеличенными килем и форкилем
Фюзеляж также представлял собой объект чисто английского творчества. Поскольку необходимым по мощности реактивным двигателем Британия не располагала, то решено было делать самолет двухмоторным, оснащенным бесфорсажными ТРД Armstrong Siddeley Sapphire 5 с максимальной тягой по 2580 кгс каждый. Отказ от форсажных камер объяснялся тем, что суммарной тяги двигателей на максимальном режиме вполне хватало для достижения самолетом заданной скорости, соответствующей М=1,2. Поскольку бесфорсажные режимы работы характеризовались умеренным расходом топлива, объемы топливных баков машины ограничили всего 1450 л. Впоследствии, когда решили повысить максимальную скорость полета, «Сапфиры» оснастили форсажными камерами, и это привело к резкому увеличению расхода топлива. Однако крыло Р.1 уже серьезно не переделывали. А поскольку встроенных фюзеляжных баков ни Р. 1, ни последующий «Лайтнинг» не имели, это стало причиной «фамильной болезни» самолета – малого радиуса действия и постоянных поисков возможностей увеличения запаса топлива на борту. Воздухозаборник сделали лобовым с формой, близкой к овальной. Кабину пилота подняли над воздушным каналом, а двигатели расположили один над другим с продольным уступом, создав своего рода «двустволку». По заявлению разработчика, это позволило создать фюзеляж с площадью поперечного сечения в 1,5 раза меньшей, чем при горизонтальном расположении моторов. Попутно решилась проблема путевой устойчивости при отказе одного двигателя. Мало того – появилась возможность выполнять крейсерский полет на одном двигателе (было и такое требование). В то же время, такая компоновка фюзеляжа создала массу проблем в обслуживании и ремонте как двигателей, так и бортовых систем. В результате, верх и низ фюзеляжа практически по всей длине пришлось сделать из съемных модулей. Причем, если для замены нижнего двигателя его требовалось просто опустить на тележку, закаченную под фюзеляж, то для демонтажа верхнего авиатехникам пришлось осваивать навыки оператора подъемного крана.
Палубное горизонтальное оперение (ГО) расположили в нижней части фюзеляжа и сразу сделали цельноповоротным. Таким образом, уже в конце 1940-х гг. англичане знали о малой эффективности классических рулевых поверхностей на высоких скоростях. Интересно также, что на самолете изначально решили применить бустерную систему управления.
Конечно, столь футуристичный проект не мог быть воспринят однозначно. Если на Министерство снабжения предложения конструкторов «Инглиш Электрик» произвели благоприятное впечатление, то Королевская авиационная организация (Royal Aircraft Establishment (RAE) – аналог ЦАГИ в СССР), мягко говоря, не разделяла оптимизма команды «Тедди» Питера. RAE сомневалась в правильности выбора и конструктивно-силовой схемы крыла, и его угла стреловидности, и положения ГО. «Высокая наука» считала необходимым применение Т-образного оперения, полагая, что палубное в скошенном за крылом потоке воздуха будет неэффективно. О явлении глубокого срыва на Т-образном оперении при выходе на большие углы атаки тогда было еще неведомо. Поэтому RAE добилась выделения средств на создание экспериментального самолета, на котором последовательно устанавливались крылья стреловидностью 50°, 60° и 69°, а также Т-образное и палубное оперения. Самолет оснастили реактивным двигателем Rolls-Royce Dervent и неубираемым шасси. В качестве подрядчика выбрали фирму Short Brothers, причем передача ей информации от English Electric не предусматривалась. Этот самолет, названный SB.5 (регистрационный номер WG768), поднялся в небо 2 декабря 1952 г. К чести инженеров EEC, выбранный ими угол стреловидности крыла 60° и палубное ГО оказались оптимальными, и джентльмены из RAE лишь подтвердили правоту взглядов разработчика.
Передняя опора шасси
Левая основная опора шасси и ниша правой опоры
В начале 1950 г. в судьбе R1 произошло важное событие: в феврале вместо «Тедди» Питера главным конструктором фирмы назначили Фредерика Пейджа (Frederik Раде). 1 апреля был подписан контракт на постройку трех прототипов самолета (двух летных и одного для прочностных испытаний). В июне 1952 г. два летных экземпляра переименовали в Р.1 А (регистрационные номера WG760 и WG763). Первая машина представляла собой чисто экспериментальный самолет без вооружения. После сборки его перевезли в испытательный центр ВВС в Боскомб Даун. 4 августа 1954 г. шеф-пилот фирмы «Инглиш Электрик» уинг-коммандер(1*) Роланд «Би» Бимонт (Wg. Cdr. Roland «Вее» Beamont) совершил на Р.1 А первый полет, продолжавшийся 30 минут. 11 августа, уже в третьем полете, самолет достиг скорости М=1,02. Впоследствии он разгонялся до скоростей порядка М=1,2 (в пикировании – до М=1,4), и это при использовании бесфорсажных двигателей! Однако ввиду малой площади вертикального оперения путевая устойчивость машины была очень плохой. В перерыве между испытаниями самолет доработали под форсажные двигатели Armstrong Siddeley Sapphire 5R тягой по 4170 кгс.