Часть 1. Истребитель Су-27 – наш ответ F-15
Часть 2. От Су-27 до Су-35 – семейство боевых ударных самолётов
В начале 70-х годов в советской военной авиации сложилось чёткое деление истребителей на два класса. К первому – относились перехватчики ПВО МиГ-25 и МиГ-31. Они были оптимизированы для перехвата самолётов-разведчиков, стратегических бомбардировщиков и крылатых ракет, их предназначение заключалось в защите воздушных границ и крупных промышленных центров страны.
Второй класс составляли фронтовые истребители. В 70-е годы в СССР машинами такого типа были МиГ-21 и МиГ-23, в случае войны они должны были работать над линией фронта и в ближнем тылу противника. Объектами их атак являлись тактические бомбардировщики, штурмовики, а главное – истребители противника. Также им требовалось защищать собственные ударные машины от нападения вражеских истребителей, и чтобы вести с ними ближний бой, требовалась хорошая манёвренность.
До войны во Вьетнаме в СССР и США по-разному смотрели на проблемы создания фронтового истребителя. В Советском Союзе долгое время за основу бралась концепция лёгкого самолёта, пусть он имел меньшую дальность и нёс меньше оружия, но зато он был манёвреннее. Американцы делали ставку на создание тяжёлых, хорошо вооружённых машин с большой дальностью полёта. Во Вьетнаме выяснилось, что советский подход оказался более выигрышным – МиГ-21 в ближнем бою был лучше, чем американский F-4 Phantom. Кроме того, МиГ был и существенно дешевле. Однако желание иметь в своём распоряжении более мощную машину, заставило советских военных пересмотреть эту концепцию.
Американская программа FX, в рамках которой создавался перспективный истребитель завоевания превосходства в воздухе, вскоре после её появления в 1965 году получила пристальное внимание в ОКБ Павла Сухого. На начальном этапе работ, пока в США разрабатывались ТТТ к самолёту, велись параметрические исследования и проводился конкурс фирм, в КБ велось постоянное пополнение «досье». Пристальное внимание к F-15 появилось в конце 1969 года. Было понятно, что американцы создают самолёт на замену истребителю F-4 исключительно для завоевания превосходства в воздухе. Также было ясно и то, что для противодействия истребителю нового поколения необходима разработка принципиально новой машины. Можно сказать, что разработка Су-27 с самого начала велась с постоянной «оглядкой» на уровень, заявленный на F-15.
Создание истребителя, который бы не уступал американскому, являлось чрезвычайно сложной задачей, прежде всего потому, что элементная база БРЭО в СССР однозначно уступала ведущим западным странам. Соответствующие отечественные аналоги БРЭО, даже в случае обеспечения схожих основных характеристик, сильно уступали зарубежным образцам по массово-габаритным параметрам и уровню энергопотребления. Для конечного продукта всё это неизбежно оборачивалось ростом массы самолёта и ухудшением удельных характеристик по сравнению с западными аналогами. Для обеспечения паритета, это отставание необходимо было компенсировать любыми доступными способами, такими, к примеру, как более удачные конструктивно-компоновочные решения, более высокий уровень аэродинамического и весового совершенства конструкции планера.
К созданию нового фронтового истребителя в СССР приступили в 1971 году. С самого начала задача была разделена на два направления. Первый самолёт предназначался для прикрытия своих фронтовых бомбардировщиков, которые работают на большой глубине военного конфликта, а не только у линии фронта. Боевой радиус истребителя должен был быть не менее 2000 км. Второй самолёт – более лёгкий, основной задачей которого стало бы прикрытие фронтовой полосы своих войск от налётов бомбардировщиков противника и воздушные манёвренные бои с истребителями сопровождения.
Лёгкий истребитель было поручено разрабатывать конструкторскому бюро Микояна, в дальнейшем им стал МиГ-29. Тяжёлой машиной поручили заниматься Павлу Сухому – будущий Су-27. По техническому заданию высотные и скоростные показатели у обоих истребителей были близки друг к другу: потолок 18 км, скорость 2500 км/час. Но дальность и боевая нагрузка Су-27 задавалась существенно выше – 4000 км против 1500 у МиГ-29 и 4000 кг полезной нагрузки против 2500 у истребителя Микояна. При этом необходимо было обеспечить тяжёлому Су-27 манёвренность, сопоставимую с лёгким истребителем.
В ОКБ Сухого инициатива по началу работ над новым истребителем принадлежала Олегу Самойловичу. На начальном этапе работ он лично участвовал в определении большинства характеристик будущего Су-27. При этом Самойлович широко опирался на научно-технический задел, приобретённый ОКБ в ходе работ по проектированию самолётов предыдущего поколения. Особую роль здесь сыграл многогранный опыт, полученный при создании самолёта Т-4МС («изделие 200»), а именно – создать несущий фюзеляж.
Компоновка, когда крыло плавно переходило в фюзеляж и образовывало общую несущую поверхность, называется интегральной. Такая схема даёт существенный прирост подъёмной силы и, как результат, хорошую манёвренность. Кроме того, образовывались существенные внутренние объёмы, которые можно было использовать для размещения дополнительных топливных баков или оборудования. Су-27 изначально проектировался именно по интегральной схеме.
В начале 1960 года в английском журнале Aircraft Engineering были приведены результаты продувок особого синусоидального крыла в аэродинамических трубах, причём с визуализацией его обтекания, которые показали, что на таком крыле с острой кромкой возникает присоединённый вихрь, практически не отрывающийся до самых концевых сечений. Это оказало существенное влияние на компоновку истребителя, и было решено крыло будущего Су-27 проектировать оживальной формы – плавно обтекаемая промежуточная форма между конусом и эллипсоидом. Вместе с корневым и концевым наплывами, они формировали единую несущую систему, с переменной по размаху крыла стреловидностью от 82° до 45°.
В январе 1970 года в основных положениях был отработан вариант аэродинамической компоновки, в котором удалось удачно совместить все ранее найденные компоновочные решения. У самолёта Т-10 – будущего Су-27 – под влиянием самолёта Т-4МС вся поверхность выполнялась набором деформированных аэродинамических профилей, а потом на неё надстраивалась головная часть фюзеляжа и подвешивались мотогондолы.
Общий вид нового самолёта был показан Павлу Сухому в феврале 1970 года. Генеральному предложенный вариант понравился, и он утвердил его для дальнейшей углублённой проработки. Таким образом, в феврале 1970 года в ОКБ было положено официальное начало работам над проектом нового истребителя, который получил условное обозначение Су-27 и открытый заводской шифр Т-10.
Многие из найденных в ОКБ решений были выбраны на этом этапе работ чисто интуитивно, и не имели под собой серьёзного теоретического обоснования. Это относилось, в первую очередь, к корневому наплыву, роль и значение которого в аэродинамической компоновке истребителя на тот момент были не совсем ясны, и требовались серьёзные исследования совместно с отраслевыми институтами промышленности. На одном из первых совещаний, посвящённых компоновке Т-10, Павел Сухой, обращаясь ко всем присутствующим, резюмировал: «Корневой наплыв – в этом что-то есть», и далее, обращаясь конкретно к главному аэродинамику фирмы И.Е. Баславскому, заметил: «Этим нужно заняться самым серьёзным образом!».
В апреле 1971 года, после получения от ВВС тактико-технического задания, была уменьшена размерность проектируемого самолёта. Если первоначально рассматривалась машина с нормальной взлётной массой порядка 22 т, то теперь эта величина была ограничена 18 т, соответственно пришлось скорректировать и геометрические размеры самолёта. Весной 1971 года была выпущена уточнённая директивная документация, предназначенная для разработки проекта: в начале мая Сухой подписал чертёж общего вида, а к концу месяца была готова компоновочная схема самолёта Т-10. 25 мая 1971 года Генеральный конструктор утвердил её с формулировкой: «Для разработки аванпроекта».
Длина Т-10 составляла 18,41 м, размах крыла 12,8 м и высота на стоянке – 5,22 м. Площадь базового крыла составляла 48,24 м² , площадь несущего корпуса (с учётом наплывов) – 72,34 м².
Механизация крыла предусматривала только двухсекционный двухщелевой выдвижной закрылок. Элероны отсутствовали, управление самолёта по крену предусматривалось осуществлять при помощи т.н. «кренёров» – специальных органов управления, представляющих собой поворотные аэродинамические поверхности, устанавливаемые по четыре штуки сверху на консолях крыла. Этот элемент механизации Т-10 «унаследовал» от своего «родителя» – бомбардировщика Т-4МС. В последующий период в процессе уточнения компоновочных решений, кренёры убрали, а управление в поперечном канале должно было выполняться при помощи элеронов.
Оперение представляло собой цельноповоротные горизонтальные рули на боковых поверхностях гондол, два киля, установленные на верхней поверхности мотогондол с развалом каждой консоли во внешнюю сторону под углом 20° и два аэродинамических гребня на нижней поверхности гондол.
Сразу после официального начала работ по новому истребителю, Генеральный конструктор дал указание на изготовление продувочных моделей Т-10. В рамках обоснования выбора схемы, для продувок изготавливались две модели: 13Т10-1, соответствовавшая интегральной компоновке, и 13Т10-2 обычной схемы. Перед отправкой модели 13Т10-1 в ЦАГИ, Павел Сухой лично пришёл в цех посмотреть на неё, и остался доволен качеством и сроками изготовления. 9 июня 1971 года модель была отправлена в ЦАГИ вместе с комплектом чертежей.
Первые продувки 13Т10-1 осуществлялись в трубе Т-114, после чего для оценки характеристик подъёмной силы и продольной устойчивости на больших числа Маха и больших углах атаки модель продули в трубе Т-108. Продувки показали, что интегральная схема имеет значительные преимущества перед традиционной в несущих свойствах на больших углах атаки, но несколько проигрывает ей в скоростных. Для режимов манёвренного воздушного боя это означало выигрыш по аэродинамике интегрального варианта компоновки перед традиционным.
Помимо интегральной аэродинамической схемы и оживального крыла, у Су-27 было ещё одно отличие от всех ранее построенных истребителей – он изначально задумывался, как статически неустойчивая машина.
Кроме центра тяжести на продольной оси самолёта есть точка аэродинамического фокуса, их взаимное расположение определяется на этапе проектирования. Когда фокус находится позади центра тяжести, самолёт статически устойчив. Если в полёте на такую машину подействовало внешнее возмущение, например, сильный порыв ветра, стремящийся задрать нос самолёта, на другом плече этих «качелей», в точке аэродинамического фокуса, это вызовет приращение подъёмной силы. Оно будет стремиться вернуть самолёт к его первоначальному положению, причём даже без вмешательства пилота. Тоже самое будет происходить, когда лётчик в процессе маневрирования сам начнёт увеличивать угол атаки, машина будет сопротивляться этому.
На статически неустойчивом самолёте фокус находится перед центром тяжести. Когда возникает импульс на увеличение угла атаки, приращение подъёмной силы направлено в ту же сторону. Истребитель начнёт энергично задирать нос, и если лётчик вовремя не остановит этот процесс, дав ручку от себя, машина может выйти на закритические углы атаки. Преимущества такой схемы заключались в снижении потерь на балансировку, поскольку в отличие от статически устойчивых самолётов, для обеспечения балансировки в продольном канале ему требовалось отклонение стабилизатора не вниз, а вверх, что приводило к суммарному повышению подъёмной силы.
Таким образом, на статически неустойчивом самолёте лётчик должен делать двойное движение: сначала в сторону увеличения или уменьшения угла атаки, а затем в сторону балансировки машины. При этом любое возмущение в виде воздушного потока будет всё время уводить самолёт с точки равновесия, и лётчик всё время должен его ловить, он легко может упустить самолёт и выйти на разрушающие перегрузки. Управлять вручную многотонной неустойчивой машиной практически невозможно, поэтому в систему управления Су-27 впервые в советской истребительной авиации включили четырёхкратно резервированную электродистанционную систему управления (ЭДСУ). Когда на самолёт действует внешнее возмущение, такое, как порыв ветра, система управления самостоятельно вернёт машину в исходное положение, а при маневрировании, компьютер, корректируя действия лётчика, не позволит самолёту выйти за пределы ограничений.
В процессе проектирования конструкторы ОКБ Сухого пробовали различные варианты компоновки самолёта. Сложности возникали при размещении основных стоек шасси и их уборки. В течение всего 1973 года были подробно проработаны компоновки Т-10/5 и /7, где основной упор был сделан на поиск новых схем размещения основных опор, т.к. их правильная компоновка оказывает значительное влияние на аэродинамическую и конструктивно-компоновочную схему в целом. В первой половине года стало понятно, что эта проблема существенно сдерживает темпы разработки самолёта. Подвижки наметились в середине года, когда молодой конструктор А.А. Южаков обратил внимание на особенности компоновки шасси палубных истребителей F-14 Tomcat и штурмовиков А-6 Intruder. Взяв за основу применённую там кинематическую схему, им был разработан новый вариант схемы, где основные опоры убирались движением вперёд с разворотом колёс при помощи складывающегося переднего подкоса. Подобная схема обеспечивала необходимую колею и была приемлема для размещения вооружения под самолётом.
Ещё одна компоновка – Т-10/11 в ОКБ назвали «одесской», пришла в голову начальнику бригады Л.И. Бондаренко, когда он в отпуске отдыхал на Чёрном море в Одессе. В предложенном им варианте основные опоры убирались назад по ходу в хвостовую балку. Для размещения полностью убранных шасси пришлось уменьшить размер колёс и использовать сдвоенные колёса, что привело к необходимости увеличения ширины и площади поперечного сечения балок.
Но поиски оптимальных компоновочных решений не ограничивались только шасси. Так, например, на варианте компоновки Т-10/7 обтекатели шасси плавно переходили в хвостовые балки, которые стали новым силовым элементом конструкции хвостовой части фюзеляжа. Горизонтальное и вертикальное оперение перенесли с мотогондол на балки, но установили их без разноса вдоль продольной оси. Кили размещались на внешних боковых бортах балок без развала во внешнюю сторону. Такое решение было использовано впервые и оно оказалось удачным, его применяли в на более поздних вариантах компоновки.
В конце марта 1971 года состоялось первое заседание Научно-технического совета Минавиапрома СССР, на котором ОКБ Сухого, ОКБ Микояна и ОКБ Яковлева представили предложения по облику перспективного фронтового истребителя (ПФИ).
ОКБ Микояна защищало проект истребителя МиГ-29, который прорабатывался в КБ в 1969-71 годах. На начальном этапе этот проект даже отдалённо ничем не напоминал известный сейчас всему миру лёгкий истребитель. Своей компоновкой представленный вариант напоминал классический истребитель типа МиГ-25, оснащённый двумя двигателями класса АЛ-21Ф-3 с боковыми регулируемыми воздухозаборниками и крылом трапециевидной формы.
ОКБ Александра Яковлева предложило проект истребителя Як-45И, первоначальный вариант которого был разработан в вариантах штурмовика и лёгкого фронтового истребителя. Компоновка машины являлась дальнейшим развитием схемы, отработанной ещё в середине 60-х для сверхзвукового перехватчика Як-33. Як-45И представлял собой одноместный двухдвигательный среднеплан нормальной аэродинамической схемы с фюзеляжем округлого сечения и большого удлинения. Оперение однокилевое, стабилизаторы цельноповоротные, шасси велосипедного типа. Двигатели типа Р-53Ф-300 располагались в мотогондолах почти на половине размаха крыла в местах излома стреловидности.
После двух заседаний НТС МАП проект ОКБ Яковлева выбыл из дальнейшего рассмотрения, и в последующем было принято решение, что парк истребительной авиации ВВС должен состоять на 2/3 из лёгких МиГ-29 и на 1/3 из тяжёлых Су-27.
На начальном этапе прорисовки схемы компоновки Т-10 предусматривался гипотетический двигатель, однако по воспоминаниям инженеров ОКБ Сухого, всерьёз никогда не рассматривалась возможность установки на Су-27 каких-либо других изделий, кроме ТРДД АЛ-31Ф.
Вопрос с двигателем решился в 1972 году, и ОКБ Люльки приступило к разработке газогенератора для него. Заводские лётные испытания планировалось начать в 1977 году и на следующий год передать самолёт на совместные государственные испытания. Но вопрос с двигателями оставался актуальным – было понятно, что к 1977 году ОКБ Люльки не успеет подготовить штатные образцы новых двигателей. Поэтому было принято решение на первых двух опытных самолётах устанавливать отработанные серийные двигатели АЛ-21Ф-3, а новые АЛ-31Ф – на третий и четвёртый Су-27.
Первый лётный опытный образец истребителя планировалось построить в IV квартале 1976 года, а начать лётные испытания в I квартале 1977 года. Первый полёт самолёта Т-10 состоялся 20 мая 1977 года, пилотировал машину лётчик-испытатель Владимир Ильюшин.
Уже в начале лётных испытаний выявились серьёзные проблемы – на некоторых режимах полёта машину начинало трясти – сказывались неизученные особенности новой схемы. Кроме того, ещё в процессе проектирования стало понятно, что самолёт неизбежно наберёт лишний вес: в заданные весовые характеристики не укладывались разработчики радиоэлектронного оборудования. Превысили лимит и создатели ракетного вооружения, двигатели оказались более прожорливыми, чем предполагалось, а следовательно, на борту нужно иметь больше топлива. Ситуация складывалась критичная.
«С одной стороны, проект шёл полным ходом, более того, рабочие чертежи были выпущены и пошли в Комсомольске в производство. Но дальше надо было принимать решение, т.е., выпустить посредственный истребитель в серию, это в общем не сложно, и мы считаем, что всё хорошо, а идёт машина на среднем уровне. Если мы делаем боевую машину, то у нас выход только один – сделать её такой, чтобы она победила противника. Если мы не можем сделать, тут, как говорится, нужно принимать серьёзные меры – либо стреляться, либо… Такие проигрыши – это проигрыши государственного плана», – рассказывал в 1976-79 гг. главный конструктор Су-27 Михаил Симонов.
В КБ Сухого решились на кардинальную переделку истребителя, однако на это надо было ещё получить разрешение высшего руководства авиационной промышленности.
«В самую высшую степень негатива оценил тогдашний министр авиационной промышленности Силаев. Когда мы закончили все переговоры, было принято решение самолёт разрабатывать заново. Вот тут он и сказал: – Михал Петрович, хорошо, что сейчас не 37 год», – вспоминал Симонов.
Основная конструктивная схема с несущим фюзеляжем осталась. Вместе с тем, для уменьшения аэродинамического сопротивления были изменены обводы носовой части фюзеляжа, с этой же целью по-другому расположили агрегаты двигателя, мотогондолы теперь тоже создавали меньшее сопротивление. Однако для наибольшего эффекта достижения заданных лётных характеристик ожидали от крыла. На самолёте первоначальной компоновки оно имело плавные очертания. Как показали исследования, именно такая форма и приводила к тряске.
Новое крыло приобрело строго выраженную трапецевидную форму, его переднюю кромку оснастили подвижными носками. По мере увеличения угла атаки, они автоматически отклонялись, улучшая обтекание крыла – это в лучшую сторону сказалось на пилотажных характеристиках истребителя.
Ход с переделкой истребителя был нетривиальный, такого в истории советской военной авиации ещё не случалось. В случае повторной неудачи, о последствиях можно было только догадываться, но риск, связанный с кардинальной переделкой самолёта оказался оправданным, характеристики истребителя заметно улучшились.
Государственные испытания фронтового истребителя Су-27 были официально завершены в августе 1984 года, самолёт рекомендовали к принятию на вооружение, и, начиная с 1985-го, истребитель начал поступать на вооружение строевых частей ВВС и авиации войск ПВО, а в августе-1990 постановлением правительства СССР Су-27 был официально принят на вооружение.
Су-27 – родоначальник семейства боевых самолётов различного назначения, в числе которых палубный истребитель Су-27К (Су-33), сверхманёвренный многоцелевой истребитель Су-30МК и вершина семейства – многофункциональный Су-35. Создатели Су-27 обеспечили возможность как частичной, так и глубокой его модернизации в соответствии с желанием заказчика. Модернизация оборудования практически не требует каких-либо изменений конструкции, так как под него отведены большие и удобные объёмы, позволяющие безболезненно наращивать функциональные возможности самолёта. Об этом пойдёт речь в следующей статье:
Часть 2. От Су-27 до Су-35С – семейство боевых ударных самолётов
Источники:
- Олег Самойлович. Рядом с Сухим (Воспоминания авиационного конструктора) – М.: «От винта!», 1999.
- Журнал «Авиация и космонавтика», №1/2013, №2/2013
- Андрей Фомин. Су-27. История истребителя – М.: Издательский дом «Интервестник», 2004.
- Сергей Анучин. Су-27: Двадцать лет – не возраст! (к 20-летию первого полёта самолёта Су-27 серийной конфигурации) – АООТ «ОКБ Сухого», 2001.
(3 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...