Сверхзвуковые самолеты

Цихош Эдмунд

Все это отрицательно влияет на самочувствие членов экипажа и через определенное время может снизить их способность к восприятию, осмыслению и реакции, т.е. работоспособность. Эти неблагоприятные явления существенно усугублялись в зависимости от характера действий, выполняемых экипажем. Например, необходимость наблюдения за преградами перед самолетом затрудняет наблюдение по сторонам, и в то же время объекты, над которыми пролетает самолет, экипаж видит крайне неотчетливо, поскольку располагаемое время наблюдения слишком коротко для детального рассмотрения. Дело затрудняется также необходимостью частого контроля приборов, т.е. необходимостью частого переноса взгляда с лобового стекла на приборную доску, что требует определенного времени на аккомодацию

и приводит к утомлению зрения. Проблема усугубляется также тем фактом, что часть времени пилот должен выделить на сравнение местности с картой. В этой ситуации объекты, особенно находящиеся в боковом поле зрения, весьма неотчетливы и идентифицируются с трудом, поскольку сливаются в сплошную колеблющуюся массу. Трудности наблюдения могут быть еще большими, поскольку они зависят также от метеорологических условий, рельефа местности и времени суток, в частности от специфического освещения во время захода солнца и при отражении лучей от воды, песка или снега, а также во время тумана. В ночных полетах встречные наземные огни также мешают адаптации глаз и затрудняют наблюдение местности.

Дополнительную помеху в полетах на малых высотах создает повышенная температура в кабине-пилот потеет, пот стекает у него со лба на глаза, запотевает также остекление кабины, что вместе с загрязнением ветрового стекла налипающими насекомыми существенно ухудшает видимость.

Сказанное приводит к выводу, что область работ, связанных с преодолением психологического барьера, должна охватывать множество явлений, сопутствующих полетам на малых высотах с большими скоростями. Благодаря работам, проведенным в 60-70-х годах, удалось ввести такие технические усовершенствования, которые, с точки зрения экипажа самолета, свели проблему психологического барьера к уровню обычных явлений любого полета.

Помимо усиления конструкции планера, разработан и используется (обычно с учетом требований преодоления и иных барьеров, а также требований, определяемых назначением самолета) ряд технических средств, среди которых:

– система автопилота, связанная с бортовой ЭВМ, а также с высотомером и радиолокатором для обнаружения преград по курсу; такая система, разработанная на основе последних достижений технологии микроволновых элементов, отличается высокой точностью и большой разрешающей способностью, что обеспечивает автоматическую прецизионную корректировку траектории полета. Бортовое оборудование, разработанное во второй половине 60-х годов, позволило уменьшить значение «малой высоты» до 150-100 м, а в 70-х годах-даже до ~ 30 м;

– модернизированное приборное оборудование кабины (особо следует отметить высвечивание показаний некоторых приборов на телевизионных дисплеях и индикаторе на лобовом стекле с помощью систем отображения информации, а также размещение важнейшей информации о состоянии самолета и условиях полета на линии зрения пилота, что значительно уменьшило время реакции на внешние возмущения и освободило от обременительного разделения времени на внешнее и внутреннее наблюдение; значительное сокращение с той же целью числа приборов в кабине, например с 48 в F-4 до 30 в F-15), а также введение экипажа из двух человек;

– встроенное адаптивное управление, немедленно и автоматически реагирующее на возникающие случайные изменения траектории полета самолета (в иных случаях применена система демпфирования вибраций носовой части фюзеляжа с помощью дополнительных управляющих поверхностей); применение такого рода систем существенно уменьшает знакопеременные нагрузки и, как следствие, повышает живучесть самолета и комфорт полета, избавляет пилота от необходимости беспрерывного реагирования на изменения характеристик полета и позволяет ему сконцентрировать внимание на выполняемом задании.

При анализе проблем, связанных с полетами на малых высотах, необходимо помнить, что чувствительность самолета к воздействию турбулентности атмосферы зависит от его динамических характеристик, поскольку частота флюктуаций перегрузок пропорциональна

скорости полета, а амплитуда прямо пропорциональна коэффициенту подъемной силы крыла в функции угла атаки и обратно пропорциональна удельной нагрузке на крыло. Следовательно, каждому типу самолета свойствен особый, зависящий от его конструкции вид «восприимчивости» к атмосферным возмущениям.

3. Эволюция конструктивных форм самолета

Из истории развития авиации вообще и сверхзвукового самолета в частности следует, что самолет претерпевал и еще проходит конструктивную эволюцию. Это вполне понятно, так как пути совершенствования самолета всегда имели и имеют своей целью не только улучшение его летных качеств, таких, как скорость, потолок, радиус действия, устойчивость, управляемость и т.д., но также повышение безопасности и комфорта полета, простоты, экономичности и удобства производства, облегчения эксплуатации, обслуживания, ремонта и т.п.

Больше всего в этой эволюции обращает на себя внимание изменение форм и пропорций узлов планера и их взаимной компоновки, что является результатом улучшающегося понимания конструкторами проблемы полета. Это касается в равной степени как формы крыла, фюзеляжа, оперения и местоположения двигательных установок, так и общей конструктивной идеи нового самолета, который должен быть совершеннее уже существующих машин.

Безусловно, решающее влияние на форму самолета оказывают физические явления, сопровождающие полет на тех или иных высотах и скоростях, однако существенны также индивидуальность конструктора либо традиции конструкторского бюро. Из данных, приведенных в настоящей книге, следует, что в разные периоды развития сверхзвуковых самолетов проводились в жизнь различные подходы к их разработке. Каждый из них в свое время представлялся логичным и рациональным. Однако научно-технический прогресс непрерывно корректирует представление об оптимальных решениях, вследствие чего естественно предположить, что следующие поколения самолетов будут создаваться на основе иных предпосылок в сравнении с теми, которые определяли создание самолетов в прошлом.

Эволюция крыла

Крыло не только представляет собой основной узел планера самолета, создающий подъемную силу, но оно также решающим образом влияет на аэродинамическое сопротивление и определяет устойчивость и управляемость самолета. С этой точки зрения одной из самых важных проблем, которые нужно разрешить в процессе проектирования самолета, является проблема оптимального выбора формы крыла и его параметров – геометрических, аэродинамических, прочностных и т. п. Таким образом, только оптимальное согласование противоречивых требований (главным образом аэродинамики и прочности) может обеспечить успех, т. е. получение желаемых летных характеристик самолета.

В результате теоретических и экспериментальных исследований установлено, что самым эффективным средством снижения волнового сопротивления и смягчения кризисных явлений при околозвуковых скоростях является использование стреловидных крыла и оперения. Реализация в планере самолета идеи стреловидности позволила относительно просто превзойти скорость звука. Известно, что в самолетах с прямым крылом и достаточно большой толщиной профиля преодоление звукового барьера путем форсирования тяги создавало существенные трудности в управлении и приводило к аварийным ситуациям, тогда как в самолетах со стреловидным крылом при околозвуковых скоростях катастроф уже не отмечалось. Еще более эффективным (на определенном этапе развития самолетостроения) оказалось использование треугольного крыла, которое сочетает в себе черты большой стреловидности, малого удлинения и малой относительной толщины профиля при требуемой жесткости. Эта последняя особенность исключительно полезна, так как жесткость стреловидного крыла с возрастанием угла стреловидности быстро уменьшается, что приводит к новым затруднениям, в частности к увеличению массы конструкции ввиду необходимости сохранения требуемой жесткости.