Битва за скорость. Великая война авиамоторов

Августинович Валерий

Но для «идеала Дуэ» F-35 недостаточно «тяжел» (маловато вооружения), да и имеет только один двигатель в силовой установке. Правда, в части универсальности применения этот будущий массовый самолет превзошел идеал Дуэ — JSF может взлетать вертикально (!). До этого Дуэ тогда не додумался.

Ниже представлены поколения самолетов воздушного боя.

Интересно посмотреть с исторической точки зрения, как изменялись концепции применения, а следовательно, и проектирования самолета воздушного боя. Эти концепции, а их было всего две: либо маневренный бой, либо «выстрелил и забыл», периодически, как на качелях, сменяли друг друга Вначале, сразу после Второй мировой войны, с появлением скоростных

реактивных истребителей советская военная авиационная «наука» (если она вообще когда-то существовала), в общем-то, логично сделала вывод о том, что новая техника своим появлением радикально меняет и тактику ее применения. Поскольку основной тактикой поршневых истребителей Второй мировой войны был маневренный бой, то с появлением реактивных истребителей, скорее всего, будет происходить обмен ударами, как на дуэли. То, что позже с легкой руки американцев начали называть «выстрелил и забыл». Следовательно, для этих самолетов не нужны средства механизации крыла (тормозные щитки и прочее), необходимые для маневрирования, в том числе и скоростью. «Чистое» крыло позволяет улучшить весовые характеристики, уменьшить сопротивление и тем самым получить преимущества в скорости, что для скоростного самолета является главным критерием. Скорость, скорость и еще раз скорость!

Однако реальные воздушные бои в Корее между МиГ-15 и его американским аналогом F-86 «Сейбр» («Сабля») показали, что характер боя мало изменился по сравнению с предыдущей войной. А «Сейбр» был приспособлен как раз для такого типа воздушного боя. Навязав тактику маневренного боя «мигам», американцы получили преимущество, так как их самолеты могли тормозить и осуществлять разворот на меньшей скорости, а следовательно, и с меньшим радиусом разворота. Только переброска авиадивизии под командованием трижды героя Н. Кожедуба с опытными летчиками, имевшими большой боевой опыт минувшей войны, выровняла положение. Соотношение потерь наших и американских самолетов достоверно неизвестно. По своим официальным данным, американцы потеряли свыше 200 истребителей, часть из которых, надо думать, небольшая, была потеряна от зенитного огня. Американцы же приводят и, по-видимому близкое к реальности, соотношение потерь советских и американских самолетов 1,3:1,0, выделяя при этом то обстоятельство, что при пилотировании «мигов» китайскими или корейскими летчиками соотношение потерь было выше из-за худшей квалификации последних.

Наступил конец 1950-х. Теперь, наученные опытом, советские авиаконструкторы проектируют самолет воздушного боя следующего поколения в расчете на возможность маневрирования на виражах. Наиболее известным и широко распространенным самолетом этого поколения стал сверхзвуковой одномоторный МиГ-21. Переходные модели МиГ-17, МиГ-19 в этом смысле малоинтересны, за исключением одной особенности МиГ -19 — силовой установки. Впервые на легком истребителе силовая установка состоит из двух микулинских любимых им двигателей АМ-5 очень небольшой тяги — по 3000 кг с форсажем. В это время А. А. Микулин увлекся теорией подобия, которая гласит (все тот же закон «куба-квадрата»: вес пропорционален диаметру в кубе, а тяга — диаметру в квадрате), что оптимальная с точки зрения минимального веса размерность двигателя должна быть именно такой, а, соответственно, количество двигателей на самолете должно определяться суммарным уровнем потребной тяги. Двигатель АМ-5 (и его развитие АМ-7 и АМ-9/ РД-9) оказался действительно легким, а МиГ -19 — удачным самолетом, в том числе и по надежности из-за наличия двух двигателей. Но… с увеличением взлетного веса самолета и требуемым снижением затрат на обслуживание эта «оптимальная» размерность двигателя долго не продержалась. Хотя сегодня у нас применяются только двухдвигательные самолеты воздушного боя.

Американцы же в это время, наоборот, постепенно переходят от маневренного самолета к концепции применения «выстрелил и забыл». Для этого самолет надо делать с мощным ракетным вооружением и радаром большой дальности. Вообще наличие или отсутствие пушки на самолете лучше всего свидетельствует о приверженности проектировщиков самолета к той или иной концепции. Пушка — это для маневренного боя на близкой дистанции, а управляемая, или, еще лучше, самонаводящаяся, ракета «воздух — воздух» — это для концепции «выстрелил и забыл». Очевидно, самолет при реализации концепции «выстрелил и забыл» «тяжелеет», как и предвидел Дуэ. Появляется необходимость постановки второго мотора («многомоторность») и… второго пилота-штурмана (оператора вооружения). Кроме того, возрастают требования и к экономичности мотора — самолету нужна большая дальность полета. Экономичность, как мы помним, — это повышение температуры газа перед турбиной и степени сжатия в компрессоре. Облик двигателя тоже начинает меняться.

У

американцев тоже имелся ряд переходных малоудачных одномоторных моделей («Супер Сейбр» F-100, затем F-101, F-102, F-104, печально известный сверхзвуковой «летающий гроб», бившийся при посадке из-за высокой посадочной скорости, F-105, F-106). Многие из них участвовали в следующей локальной войне — во Вьетнаме.

Интересно посмотреть мировые скоростные достижения самолетов в этот переходный период 1950-х гг., когда разрабатывалось максимальное количество типов самолетов (фаза подъема инновационной волны реактивной авиации). Именно в эти годы произошел переход к сверхзвуковой скорости полета. Официальные мировые рекорды скорости в это время выглядели следующим образом.

Надо отметить, что советские самолеты того времени не отставали по скорости от американских. Так, в 1954 г. опытный самолет МиГ-19 с двигателем РД-9Ф достиг скорости, соответствующей числу М=1,4, но можно ли считать это рекордом того времени? Он официально не был зарегистрирован. Для официальной регистрации ракорда требуется выполнение специальных требований по полету (горизонтальный полет, определенная высота полета, контрольный участок и т. д.), включая предоставление записи полных полетных данных.

В этой серии американских «соток» отдельно выделяется сверхзвуковой тактический ударный самолет F-111 — носитель ядерного оружия, который интересен многим, в том числе и двигателем. Вернее, тем опытом, как не надо его проектировать. Самолет F-111 безусловно инновационный — на нем впервые применены крыло изменяемой стреловидности и двухконтурный двигатель с форсажной камерой. Эти особенности позволяли перейти от однорежимного (дозвуковой или сверхзвуковой) полета самолета, какими были предыдущие модели, к многорежимному. То есть этот самолет мог длительно лететь на дозвуковом режиме полета, выигрывая в дальности, а затем при прохождении зоны ПВО переходить на сверхзвук. Кроме того, для снижения волнового сопротивления на сверхзвуке двигатель был максимально «интегрирован» в самолет.

Что это значит? При компоновке двигателя на самолете всегда возникает проблема примирения противоречий между планером и силовой установкой. Для само-летчиков идеальным с точки зрения аэродинамики является чистый планер без мотора, который создает одни неприятности: имеет большой вес, габариты, требует или обтекателя или места в фюзеляже, демаскирует самолет на радаре противника, увеличивая так называемую ЭПР (эффективную площадь рассеивания) самолета в основном за счет отражающей поверхности воздухозаборника. Да и в инфракрасном излучении двигателю принадлежит главная роль, что делает самолет уязвимым для ракете ИК-головками наведения.

Двигателю самолет тоже «не нравится»: вместо приятного плавного лемнискатного (как на стенде) входа, обеспечивающего подвод невозмущенного потока воздуха к компрессору, на сверхзвуковом самолете воздухозаборник имеет острые кромки. Это обусловлено необходимостью иметь минимальное волновое сопротивление на сверхзвуке, но при изменении угла атаки самолета или работе на нулевой скорости полета (на старте) с этих кромок идет срыв, т. е. мощная вихревая пелена на вход в двигатель, что для «нежного» компрессора плохо. Для своей нормальной работы двигатель требует незагроможденного входа воздуха в компрессор, лучше по всей окружности кольцевого сечения на входе в компрессор. На первых моделях самолетов (вплоть до МиГ-21 включительно) так и делали: воздухозаборник двигателя располагался прямо по оси центроплана самолета. Но вскоре это пространство потребовалось для размещения радара, и двигатели получили «боковое» место на самолете с соответствующими проблемами организации забора воздуха при минимальном внешнем сопротивлении.

Универсального способа примирения этих противоречий нет для любого типа самолета. Приходится выбирать: либо «незаметность» — и тогда о маневренности нужно забыть: «стелсы» летают «блинчиком», т. е. в узком диапазоне углов атаки, либо маневренность — и тогда «незаметность» отходит на второй план. На «стелсах» двигатель упрятан заподлицо с фюзеляжем (чтобы «не выступал» и не увеличивал ЭПР) либо снизу, либо сверху в специальных «желобах», но в этом случае увеличение угла атаки при маневре приводит к сплошному срыву потока на входе в двигатель — последний теряет работоспособность, входит в помпаж. На маневренных самолетах двигатель обычно вынесен в отдельные мотогондолы со свободным доступом воздуха в компрессор, что позволяет изменять угол атаки самолета в широком диапазоне, не оглядываясь на ограничения по двигателю. Но с незаметностью в этом случае будет хуже.