Маневренные характеристики самолетов. Реактивный двигатель: современные варианты исполнения. Как устроен реактивный двигатель

Дают довольно заумное определение:

«Сверхманёвренность: способность самолета сохранять устойчивость и управляемость на закритических углах атаки, обеспечивающая безопасность боевого маневрирования; способность самолета к изменению положения относительно потока, позволяющая наводить оружие на цель вне вектора текущей траектории».

Но не будем заморачиваться теорией, просто скажем, что визуально это выглядит так, будто самолёт способен крутиться вокруг собственной «пятой точки» (на самом деле - вокруг центра масс). Если петля Нестерова - это фигура довольно большого радиуса, то кувырок «на одном месте» уже петлёй не назовёшь.

Зачем же она нужна? Во-первых, в ближнем бою успеть прицелиться первым, а значит - победить. Или наоборот, суметь уйти от насевшего на тебя противника. Во-вторых, суметь увернуться от пущенной в тебя ракеты противника. В-третьих - обмануть вражеские локаторы. Если самолёт сбросит скорость почти до нуля, локатор его потеряет.

А что нужно для достижения сверхманёвренности? Требований много. Нужно снизить устойчивость самолёта до нулевой или даже отрицательной. При этом управлять им вручную, когда органы управления связаны напрямую с рулями, становится невозможно. Управление берёт на себя автоматика, а лётчик, грубо говоря, только приказывает ей, что делать.

Нужно увеличить тягу двигателей настолько, чтобы она превышала вес самолёта. В таком случае говорят, что удельная тяга больше единицы.

Нужно, чтобы двигатели «хорошо себя чувствовали» на больших углах атаки. Реактивный двигатель - очень сложная и требовательная штука. Ему для работы нужен строго определённый поток воздуха, и он регулируется специальными устройствами. На МиГ-21, к примеру, это конус зелёного цвета в носовой части. Он может двигаться вперёд и назад, регулируя поток воздуха в двигатель. Разумеется, автоматически, лётчик этим не заморачивается.

Но если угол атаки превысит критический, то поток воздуха в двигатель нарушится, а это очень неприятный и опасный режим, вот за этим лётчику приходилось следить.

«"Никогда не забуду первый демонстрационный полет Су-27 в Париже, устроенный "Бритиш Аэроспейс" (British Аerospace) вместе с конструкторами и летчиками-испытателями "ОКБ Сухого", - таковы впечатления от "премьеры" истребителя у летчика британских ВВС Джона Фарлайта. - Виктор Пугачев делал вираж на Су-27 в 360 градусов за 10 секунд, средняя скорость на вираже - 36 градусов/с. А мы тогда лишь надеялись, что наш истребитель следующего поколения сможет достигнуть 25 градусов/с. Это та скорость, с которой пилот способен развернуть самолет, чтобы весь комплекс вооружения был готов к атаке.

Если предположить, что наша новая машина встретится в бою с Су-27, через 10 секунд ей останется, притом, если очень повезет, выпустить шасси и сесть.

Многое увиденное нами на авиашоу может быть использовано боевым самолетом в реальном воздушном бою. Для обыкновенного зрителя аэрошоу лишь поверхностное действие, но если вы принадлежите к специалистам авиационной промышленности, то по маневрированию боевых машин вполне определите пределы, в которых может пилотировать самолет.

И естественно, когда видите, что для Су-27 пределов нет, или что самолет идет на вертикаль, доходит до остановки, падает обратно вниз, выходит в нормальный полет и делает это не раз и не два, а раз за разом, то понимаете, что это не исключение, не трюк, а норма. Сложность данного маневра не в том, как войти в режим, а как выйти из него.

Обычно нам не разрешается превышать углы атаки 20-25 градусов: если превысить - теряем управление машиной... Но русские выполняют свои маневры, изменяя угол атаки в большом диапазоне, при этом оставаясь уверенными в управлении самолетом с абсолютно симметричным обтеканием. То же самое касается двигателей. Западные двигатели "страдают" строгими ограничениями по углам атаки. В полете на наших истребителях приходится думать одновременно и о маневрах противника, и о собственных ограничениях с аэродинамической точки зрения - о том, чего не должен делать летчик. Разумеется, такая ситуация не слишком комфортна для летчика, для него гораздо легче, когда можно делать все что угодно, чтобы суметь нацелиться на противника и преследовать его. То, чего добились русские, поразило нас до глубины души". Су-27 своими революционными дизайном и аэродинамикой установил новые стандарты в производстве истребителей».

А американский лётчик-испытатель, которому посчастливилось полетать на Су-27 с Анатолием Квочуром, пишет о манёвре «Кобра» :

«Желая увидеть всё, что возможно, я дал знать Квочуру, что хочу, чтобы он показал что-нибудь из его программы на Су-27. Он взял управление, как маэстро принимает инструмент. Моё пиликание на скрипочке превратилось в концерт для виолончели. Его вводы были обычно плавны и продуманны. Самолёт отвечал на них, как мурлыкающая кошка… …Несмотря на радикальное изменение углов тангажа, весь манёвр прошёл при перегрузке, не превышающей 3-х G. Двигатели вели себя очень достойно, несмотря на, казалось бы, самоубийственное обращение с ними. Во время всего манёвра не было даже малейшего намёка на потерю управляемости».

Но критическими углы атаки бывают не только для двигателя, но и для крыла, как видно из приведённых цитат. Срыв обтекающего потока может испортить всю малину. И вот тут помогает так называемая «вихревая аэродинамика». Явление это обнаружили давно, ещё в 60-х годах, на МиГ-25, когда заметили, что его верхняя «губа» воздухозаборника создаёт вихрь на верхней поверхности фюзеляжа, и этот вихрь увеличивает подъёмную силу на больших углах атаки. Кстати говоря, эти же вихри "затеняли" киль, который оказывался в малоэнергичном потоке между ними. Отсюда и сохранившиеся в последующих машинах два киля.

Потом, чуть позже, в то время, когда создавали сверхзвуковой пассажирский Ту-144, испытывали свойство крыла «оживальной» формы на специально переделанном МиГ-21.

Там этот эффект проявился ещё явственнее. Разумеется, конструкторы КБ МиГ не могли пройти мимо такого явления, и совместно с ЦАГИ оно было досконально исследовано.

Лирическое отступление. ЦАГИ - это Центральный аэрогидродинамический институт, основан ещё в 1918 году профессором Н.Е. Жуковским, всего лишь через год после революции. Авиации уделяли большое внимание, кроме ЦАГИ были и есть и другие институты.

ЦИАМ - Центральный институт авиационного моторостроения основан в 1930 году.

ВИАМ - Всесоюзный научно-исследовательский институт авиационных материалов, основан в 1932 году.

ЦИАТИМ - Центральный институт авиационных топлив и масел. Знакомое название, правда? Основан в 1934 году.

Со стороны ЦАГИ работой руководил академик Георгий Сергеевич Бюшгенс. Можно при желании почитать его рассказ об этом.

Лирическое отступление. Обратите внимание, чем умнее учёный, тем более простым языком он может объяснять сложные явления. В отличие от интернет-хомячков, которые норовят казаться умными, перегружая язык терминологией, особенно английской, аббревиатурами и т.д. Куда ни шло в интернете, но особенно меня смешат некоторые распальцованные ведущие украинских автомобильных телепередач, которые немецкую фирму BMW (бэ-эм-вэ) с апломбом называют на «английский» якобы манер (би-эм-ви). Так и хочется сказать: парень, возвращался бы ты в свою деревню:)

Но был и ещё один, даже более важный фактор, заставивший заняться проблемой сверхманёвренности. Я сейчас приведу одну цитату, убрав ключевые слова, а вы попробуйте угадать, о какой машине идёт речь.

"... быстро поняли, что на... можно делать буквально все, не опасаясь сваливания, потому что в устойчивый штопор загнать... затруднительно, а из сваливания он выходит запросто, летали на малых скоростях, теряли скорость до «нуля», падали и на хвост, и «листом». К тому же двигатель... работал устойчиво на всех «экзотических» режимах полета".

Угадали? Думаете, МиГ-29? Нет, это - МиГ-21. И пишет это лётчик-испытатель Борис Орлов о сирийских лётчиках, которые в начале 70-х воевали с Израилем. Так летать их заставила война, то есть, это был бесценный боевой опыт, игнорировать который было бы неразумно.

Командировка Б.А. Орлова в Сирию была связана с претензиями сирийцев на участившиеся случаи разрушения двигателя. Оказалось, что сирийцы нарушали ограничения, указанные в руководстве по лётной эксплуатации (РЛЭ) на МиГ-21. Но ведь заставила их нарушать жизнь, а не блажь:

"Инструкция по летной эксплуатации ограничивала минимальную скорость полета, но когда мы указали на это сирийским летчикам, они резонно заметили, что им не до инструкций, если на хвост сел «Мираж», а летчик МиГа знает, что может затянуть противника на такой режим, где тот попросту упадет..."

А с одним из сирийских лётчиков удалось полетать на спарке:

Начался наш полет с того, что мой Абдель сразу после взлета, не успев убрать шасси, плавно потянул на полупетлю. Самолет не очень охотно шел вверх, заметно теряя скорость. На высоте около 1000 м мы, наконец, легли на спину; стрелка приборной скорости, уползшая влево до 150 км/ч, потихоньку пошла вправо. Но самолет спокойно летел, не трясся, не выворачивался, летчик уверенно контролировал машину. Набрав нормальную скорость, он перевернул самолет со спины в обычное положение, и мы пошли в пилотажную зону.

Что бы летчик ни делал: виражи на скорости 230—240 км/ч (это при посадочной скорости 300-320 км/ч - В.З.) , зависание до нулевой скорости, энергичный маневр типа «хай джи ролл» («бочка» с высокой перегрузкой) — все время ощущалась его мгновенная реакция на поведение самолета, движения рулями были точными и координированными, особенно была заметна энергичная и четкая работа ног, почти не применяемая в практике наших строевых, да и не только строевых, летчиков".

Отсюда - сделали справедливый вывод:

"...если уж самолет позволяет делать все, что может пригодиться в бою, то и его двигатель должен терпеть все..."

На самом деле:

"Можно сказать, что сирийцы владели МиГом, как «волк зубами» , и не боялись ни «Фантомов», ни «Миражей», зная, что эти машины весьма строги в пилотировании, а у «Миража» еще и двигатель помпирует при небольшом скольжении на довольно умеренном угле атаки...

Возвращаясь к теме, подводим итог: вихревая аэродинамика в СССР - заслуга ОКБ МиГ совместно с ЦАГИ. Вот результат, на котором сами вихри, благодаря лёгкому туману в воздухе, очень хорошо видно:

А впоследствии ко всем этим особенностям добавили ещё и управляемый вектор тяги двигателей, что ещё улучшило возможности самолёта. Смотрим видео с возможностями МиГа:

Прототип Су-27 взлетел чуть раньше МиГ-29, но оказался неудачным, и его пришлось полностью переработать по образу и подобию МиГ-29.

Зато результат потом оказался столь же успешным, и настолько впечатлил, в том числе и американцев, что они сняли фильм, в превосходных тонах освещающий Су-37 в сравнении даже с их Ф-22:

Лирическое отступление. Нужно сказать, что Су-37 (он же Т10М-11, он же борт 711, он же "Терминатор") - экспериментальный самолёт, сделанный в двух экземплярах. Он близок к Су-30 и новейшему Су-35. Двигатели с управляемым вектором тяги в нём были опытными, с сильно ограниченным ресурсом. И когда ресурс кончился, их поменяли на обычные, поменяв заодно и название самолёта на Су-35.

С названиями в КБ Сухого традиционно обращаются очень вольно. Скажем, были когда-то в 40-х годах самолёты Су-7 и Су-9. А потом, в 50-х - 60-х появились совершенно другие, но с теми же названиями.

Первый Су-9

Второй Су-9. Как видим, ничего общего.

Зачем это нужно было? Загадка. Ничего кроме секретности в голову не приходит.

Или семейство Су-27. Заводское обозначение его - Т-10, в зависимости от модификации к нему могут добавляться какие-то буквы. Официально - Су-27, тоже может быть с дополнительными буквами. И он же, к примеру, Су-33. Итого, у одного самолёта три названия.

Ещё хитрее вышло с Су-35. Новому, максимально приближенному к пятому поколению истребителю, не стали присваивать новый индекс, а назвали его Су-35БМ (Большая Модернизация). Хороша модернизация, когда поменяли практически всё! А в серию он пошёл под именем Су-35С.

Кроме того, истребители в СССР традиционно именовались нечётными числами: Як-1, Як-3, Як-7 и т.д. Су-30 - истребитель, но где же нечётность? Вся эта путаница однажды вызвала тяжёлый вздох в американском авиационном журнале: «Система обозначений самолётов КБ Сухого приводит в ужас буржуазных аналитиков».

Ну и ещё одно коротенькое видео. Там примерно то же самое, что и в предыдущих двух, но уж очень красиво смонтировано и наложено на музыку:

А на этом видео прекрасно видны вихри:

Топ Ган

Должен сказать, что вихревая аэродинамика известна и в других странах, в том числе, разумеется, и в США. Это видно по формам F-16, F-18 и F-22, к примеру. Началось у них, вероятно, со знаменитого "Чёрного дрозда", у которого появились наплывы на крыле, хотя ни о какой манёвренности этого сверхскоростного разведчика говорить не приходилось.

Фото strangecosmos.com

Потом корневой наплыв появился и на маленьком, разработанном на базе учебно-тренировочного "Тэлона", F-5 «Фридом Файтер»/«Тайгер» II. Говорят, наши аэродинамики заметили этот наплыв и анализировали его свойства:

Фото militaryfactory.com

И, наконец, явные вихри на новых самолётах:

Американский палубный истребитель-бомбардировщик и штурмовик Макдоннел-Дуглас F/A-18 «Шершень». Фото http://bigpicture.ru/

Тем более что многие работы и научные исследования такого уровня не являются секретными, вспомним теорию Уфимцева. Более того, скажем, советские разработчики Ту-144 свободно обменивались опытом с французскими разработчиками «Конкорда» в процессе разработки. Это в адрес любителей порассуждать, кто у кого "слизал". И я не собираюсь утверждать что либо о приоритетах в области вихревой аэродинамики, не знаю, просто рассказал, как это было в нашей стране.

Собственно говоря, борьба за манёвренность никогда не прекращалась, и шла она с переменным успехом. Замечу, что даже если противник знает все тактико-технические данные самолётов противника - скорость, вооружение, потолок и т.д. - это очень мало для того, чтобы разработать тактику боёв с ними. Нужно знать множество достоинств и недостатков самолёта для разработки рекомендаций своим лётчикам: чего следует опасаться или избегать в бою, а к чему стремиться. Ниже остановимся на этом подробнее, а пока скажу, что именно поэтому сравнение самолётов по характеристикам имеет мало смысла. Как говорится, практика - критерий истины, и бывали случаи, когда маленький и слабо вооружённый МиГ-21 второго поколения побеждал такую зверюку четвёртого поколения как F-15. Впрочем, как и наоборот, разумеется.

А потому американцы, начиная с войны в Корее, норовили раздобыть образцы советских истребителей для испытаний. Даже разбрасывали над Северной Кореей листовки с обещанием выплатить 100 тысяч долларов тому, кто перегонит им МиГ-15. И такой лётчик, хоть и не сразу, но нашёлся. Просто его мама осталась в Южной Корее... Надо сказать, что судьба его сложилась успешно, а вот пятеро оставшихся его друзей, говорят, были расстреляны.

МиГ испытали, пришли к выводу, что с "Сейбром" они примерно равны по боевой эффективности. Но когда этот приём повторили во Вьетнамской войне, пообещав ту же сумму за МиГ-21, желающих так и не нашлось. А ведь потери у американцев, по их же официальным данным, составляли от 2,5:1 до 2,75:1, то есть, несмотря на изрядное численное преимущество, на 2-3 сбитых вьетнамских самолёта приходился один американский. Именно тогда в ВМС США возникла идея создать Центр боевой подготовки лётчиков-истребителей "Топ Ган". Те, кто видел одноимённый фильм, примерно представляют, о чём речь. Появились эскадрильи "агрессоров", учения "Рэд флэг" и т.п. Правда, к концу вьетнамской войны соотношение побед стало не 12:1, как говорится в фильме, а 8,3:1, но и это немало. В ВВС США, где такого центра не было, соотношение стало 2,8:1, то есть, почти не изменилось. Добавлю: на то, чтобы "пробить" у начальства идею создания этого центра, ушло почти 10 лет, так что сопротивление чинуш приходится преодолевать не только у нас.

Впервые МиГ-21 попал в США из Израиля, когда МОССАД выманил иракского лётчика. Прежде всего, самолёт нужно было испытать, ведь не то что руководства по лётной эксплуатации не было, но даже все надписи органов управления на непонятной кириллице:) Да и те с сокращениями. Попробуйте понять, особенно, будучи англоязычным, что такое "КСИ", "АРК БПРС" или хотя бы "анти-обл." :) А подобных надписей сотни.

Встречались как-то воспоминания американского лётчика-испытателя, который испытывал советский боевой вертолёт, захваченный в Афганистане и отремонтированный. Он рассказывал, как лепили наклейки с надписями на каждом тумблере, как долго пытались понять назначение оборудования. В конце концов, вертолёт он освоил, и даже влюбился в него, считая его лучшим из всего, на чём он летал. Но посетовал, что зависать на одном месте вертолёт этот, увы, не может. Наши лётчики с форума, почитав это, лишь плечами пожали: прекрасно висит... Предположили, что на наших вертолётах несущий винт крутится, в отличие от американских, в другую сторону, и движения органами управления несколько отличаются. Но тут не знаю - не лётчик. Это я лишь к тому, как сложно освоить такую технику без инструкций...

Оценили американские испытатели МиГ-21 очень высоко:

"МиГ-21 - суперсамолёт. Смотрится отлично и летает великолепно. Даже при перегрузке 7g ты чувствуешь себя комфортно. Посадка на нём мало отличается от посадки на F-5, что упрощает переучивание. Он быстрее, чем МиГ-17Ф, а обзор из кабины ничуть не хуже".

Отмечали высокую угловую скорость крена и великолепную горизонтальную манёвренность, в которой с МиГом вплоть до появления F-16 не мог сравниться ни один истребитель США, включая F-5. Лётчики выполняли виражи на скоростях порядка 160 км/час, при этом ни разу не отмечалось случаев помпажа двигателя и сваливания. Вспоминаем сирийских лётчиков из рассказа выше:)

Из недостатков упомянули плохой обзор из кабины, невысокую приёмистость двигателя и мелочи вроде тусклых навигационных огней. МиГ превосходил и Фантомы, и Тандерчифы на виражах, но уступал на вертикалях. Лётчикам рекомендовали избегать манёвренных боёв с МиГ-21 и боёв на малых высотах и скоростях менее 830 км/час, отметив даже большими буквами: "Скорость - это жизнь". Опять вспоминаем сирийских лётчиков и убеждаемся, что американцы не врут:) Оказалось также, что приёмник предупреждения об облучении на F-105 почти не чувствовал излучения РЛС МиГа, так что вертеть головой приходилось самому. Испытали МиГ-21 и с другими типами самолётов, и хотя отличия имелись, но не слишком значительные.

Цитата из источника, указанного в конце статьи:

"Последний вылет в 4477 Майо сделал в паре с Малером против двух F-15: "Кто выиграл? Мы, конечно!" Сложно сейчас сказать, кривил душой Майо или нет? Результаты боёв говорили о полном превосходстве F-15 над МиГ-17 и МиГ-21, что неудивительно. Впрочем, лётчики 4477 нашли уязвимое место F-15. Если F-15 не "сбивал" МиГ в первой атаке, то МиГ вполне мог оторваться от "Игла" и навязать последнему бой на выгодных для себя условиях: МиГ-17 на виражах, а МиГ-21 за счёт высоких разгонных характеристик, в которых он не уступал F-15".

..."красные орлы" нередко брали верх над F-15 за счёт резкого торможения на вираже, после чего неспособный повторить такой манёвр атакующий "Игл" проскакивал вперёд, подставляя хвост под ракеты и пушки МиГа: "На скорости порядка 900 км/час меньше чем за половину виража я терял 180 км/час - ни один истребитель в мире, кроме МиГ-21, не способен сделать подобного".

"Включаю форсаж, выпускаю закрылки и ставлю самолёт "на хвост". Скорость падает до 170 км/час. Затем опускаю нос и ухожу на солнце. Вираж, и я захожу в хвост противнику. Мы рассказывали лётчикам F-15 о таком манёвре на предполётной подготовке. Они никогда не верили в возможность его осуществления. Зря не верили".

Уступал МиГу и здоровенный F-14, несмотря на крыло с изменяемой геометрией. Да и тяговооружённость Томкэта была слабоватой. Потому рекомендации были те же: ни в коем случае не ввязываться в ближний бой.

Затем в Израиль случайно залетели два МиГ-17 из Сирии. По официальной версии, лётчики заблудились. Отчёт по нему тоже весьма интересен:

"МиГ-17 обладает значительным преимуществом перед современными истребителями в малоскоростных ближних боях, общеизвестных как "схватка на ножах" (Knife Fight), пушечное вооружение МиГа намного более эффективно в ближнем бою.

МиГ-17 способен уничтожить любой тактический самолёт авиации ВМС США в воздушном бою на виражах, ведущемся на скоростях 880 км/час и ниже.

Самолёт прост и надёжен, не сваливается при брошенной ручке управления, обслуживание требует минимального количества специального оборудования.

Вооружение не отказывало ни разу. За счёт палетизированной установки пушек пополнение боекомплекта занимает всего 20 минут".

Хотя отметили малую скорострельность пушек и низкую начальную скорость снаряда. Видимо, при калибре 37 мм на таком маленьком самолёте иного и ожидать было нельзя:) Сравнительные бои проводили с F-4 "Фантом" II, F-105 "Тандерчиф", F-100 "Супер Сейбр" и F-5. Выводы похожи: на высоте менее 3 км эффективность РЛС и ракет Фантома недостаточна, на горизонталях у МиГа абсолютное превосходство над всеми перечисленными типами истребителей, а на вертикалях, особенно на высоких скоростях (от 830 км/час) превосходство - у американских машин. Кроме того, МиГ трудно обнаружить в воздухе визуально, а двигатель его "вообще не дымит", особенно по сравнению с чадящим Фантомом. МиГ-17 получил характеристику "Экстремально надёжный самолёт".

Выводы сделали в пользу установки пушек на всех перспективных американских самолётах. Как видим, даже на Ф-22 установили:) Рекомендовали снижать трудоёмкость обслуживания и упрощать бортовые системы, особенно электронные.

Одной из проблем было, конечно "добывание" самолётов. Израильские МиГи пришлось вернуть, а в ход шли и китайские копии МиГов, и индонезийские самолёты, после того как в Индонезии не без помощи ЦРУ поменялось правительство, и т.д. Жаловались, что индонезийские МиГи были по самый фонарь кабины в грязи, и из четырёх истребителей удавалось собрать лишь один годный. Были и неожиданные "подарки", например, МиГ-25, угнанный предателем Беленко в Японию.

Любопытно, что само по себе появление советских самолётов с красными звёздами в небе США чисто психологически вгоняло в ступор даже опытных лётчиков, хотя они прекрасно знали, что это и откуда: "Впервые увидев рядом МиГ, я прекратил управлять самолётом!" Нужно ли говорить, что секундное замешательство может стоить жизни? "Вместо того чтобы уйти на скорости на вертикаль, я стал с ним крутить виражи. Он прилип ко мне, словно жвачка к подошве ботинка. Я не смог его стряхнуть. Он выжал из меня все соки. Я чувствовал себя полным остолопом. Потом мне многие рассказывали об аналогичных ощущениях".

Как видим, во вьетнамской войне лёгкие МиГ-15 и МиГ-21 превосходили по манёвренности тяжёлые американские машины, вывод из этого со стороны США - создание F-15 и особенно F-16, наш ответ - МиГ-29 и Су-27. Американцы исследовали и управляемый вектор тяги, и многое другое. Но затем последовал "асимметричный ответ" - малозаметность F-22 с надеждой, что хоть для наземных и даже для бортовых РЛС это и не ахти какая проблема, но вот пущенная в тебя ракета может тебя и потерять. Или же на борту одноразовой по определению ракеты нужно тратиться на дорогую многоканальную электронику. Хотя, если учесть, что одна ракета средней дальности и без того стОит больше миллиона долларов, то... поживём - увидим, что будет дальше.

Добавлю справедливости ради, что F-22, несмотря на все его проблемы и недостатки, далеко не "фейк". Полагаю, никто не сомневается в качестве американских двигателей. Аэродинамика Рэптора, с поправкой на жёсткие требования к малозаметности, проработана хорошо, это говорят и наши специалисты. В общем, выражаясь словами Аркадия Райкина, "к пуговицам претензий нет". Почему его преследуют неудачи - другой вопрос, мы его уже рассматривали. Полагаю, что у него есть все шансы стать действительно отличным истребителем, но для этого нужны мозги, деньги и воля. Найдутся ли? Не знаю.

Было ли в СССР что-то подобное Топ Ган? В таком же виде - очень вряд ли, хотя бы из-за той же проблемы "добывания" в нужном количестве самолётов потенциального противника. Хотя Центры боевого применения были и есть, и даже не один. О генерале Харчевском из Липецкого Центра вспоминал уже не раз. Точно знаю, что как зарубежное оборудование, так и самолёты целиком, хотя бы сбитые, изучались весьма и весьма внимательно. Как с точки зрения технологий, так и боевого противодействия. Думаю, что при нечастых появлениях зарубежных самолётов (а в наши руки попадали в рабочем состоянии и Сейбр, и Фантом, и Тайгер...), ограничивались их испытаниями силами лётчиков-испытателей, а в полки передавались рекомендации, как воевать с тем или иным типом самолёта. Одну такую книгу с грифом "Секретно" подглядел сам в полку. К сожалению, тип самолёта разглядеть не удалось:) Тема зарубежных истребителей, попавших в СССР, ещё ждёт своих исследователей.

The Soviets made good use of sample Iranian Grumman F-14A Tomcats and their AN/AWG-9/AIM-54A weapon system. Фото: http://www.ausairpower.net/APA-Flanker.html

Вероятно, самый загадочный случай перелёта американца в СССР описан в статье " ", довольно широко разлетевшимся по Сети. Мнения специалистов (типа верю - не верю) разделились почти поровну, впрочем, мнений типа "Красивая сказка" всё-таки, наверное, чуть больше. Хотя большинство сходится в одном: "агромный спасиб за нажористый материал! Прочитал без перерыва на туалет)))" :)

Благодарю за помощь в написании статьи инженера-испытателя ОКБ им. Микояна, камрада http://fan-d-or.livejournal.com/ . По этой ссылке можно найти много интересного и о вихревой аэродинамике, и об авиации вообще, и не только об авиации.

Под маневренностью самолета обычно понимают способ­ность его быстро изменять элементы траек­тории, т. е. величину скорости и направление движения. Та­
кое изменение можно производить как одновременно, так и раз­дельно. Например, при установившемся вираже изменяется только направление движения, а скорость не изменяется. На­оборот, при разгоне и торможении изменяется величина ско­рости, а направление движения остается неизменным.

Каждый тип самолета, в зависимости от его назначения, должен быть в состоянии производить определенные маневры. Так например, маневры тяжелых бомбардировщиков сводятся по существу к неглубоким виражам. Для пикирующих бомбар­дировщиков число маневров сильно возрастает: пикирование и резкий выход из него, глубокий вираж, боевой разворот и др. Особенно велико число маневров у самолета-истребителя.

Программа испытаний на маневренность должна строиться каждый раз конкретно, применительно к типу самолета и предъ­являемым к нему тактико-техническим требованиям. Здесь мож­но только указать на наиболее важные элементарные маневры: серийный установившийся вираж, неустановившийся вираж (раз-

ворот на 180°), горка, боевой разворот, переворот через крыло, бочка, петля и иммельман, пикирование и выход из него, разгон и торможение.

При испытании на маневренность рекомендуется устанавли­вать самопишущие приборы для записи основных параметров - скорости, высоты, угловых скоростей, перегрузок, углов откло­нения органов управления и усилий на них. По записям этих приборов легко оценить важнейшие параметры, характеризую­щие маневр и условия его выполнения: время выполнения ма­невра, начальную и конечную скорость и высоту, максимальные перегрузки и интенсивность выполнения маневра, усилия на ор­ганах управления и потребные углы отклонения, а также «запас» отклонений. Все эти параметры должны быть сравнены с такими

же параметрами для других типов самолетов аналогичного на­значения и с тактико-техническими требованиями к данному типу самолетов.

Для иллюстрации на фиг. 14.8 представлены типичные записи приборов при выполнении иммельмана. Из этой фигуры видно, что время иммельмана равно ~19 сек., макси­мальная перегрузка равна 4,2, выигрыш высоты равен 330 м.

На фиг. 14.9 такие же кривые приведены для случая разгона самолета. Время разгона со скорости 340 км/час до 590 км/час

равно 18,5 сек. Обычно строят величину ———- и отыскивают вре-

мя разгона от начального значения ———— -, обусловленного ин­

Нельзя указать параметры, характеризующие маневренность вообще. Для каждого маневра выбираются определенные пара­метры и величина их сравнивается с рекомендациями и с так- тико-техническими требованиями.

Реактивными двигателями называют такие устройства, которые создают нужную для процесса движения силу тяги преобразованием внутренней энергии горючего в кинетическую энергию реактивных струй в рабочем теле. Рабочее тело стремительно проистекает из двигателя, и по закону сохранения импульса формируется реактивная сила, которая толкает двигатель в противолежащем направлении. Чтобы разогнать рабочее тело может применяться как расширение газов, нагретых самыми разнообразными способами до высоких температур, а также и другими физическими процессами, в частности, ускорением заряженных частиц в электростатическом поле.

Реактивные двигатели сочетают в себе собственно двигатели с движителями. Имеется в виду, что они создают тяговые усилия исключительно взаимодействием с рабочими телами, без опор, либо контактами с остальными телами. То есть обеспечивают сами себе собственное продвижение, при этом промежуточные механизмы не принимают никакого участия. Вследствие этого в основном они используются для того, чтобы приводить в движение воздушные судна, ракеты и, конечно же, космические аппараты.

Что такое тяга двигателя?

Тягой двигателей называют реактивную силу, которая проявляется газодинамическими силами, давлением и трением, приложенными к внутренним и внешним сторонам двигателя.

Тяги различаются на:

• Внутренние (реактивные тяги), когда не учитывается внешнее сопротивление;
• Эффективные, учитывающие внешнее сопротивление силовых установок.

Отправная энергия запасается на борту летательных или других аппаратов, оснащенных реактивными двигателями (химическим горючим, ядерным топливом), или может притекать снаружи (например, солнечная энергия).

Как формируется реактивная тяга?

Для формирования реактивной тяги (тяги двигателя), которая используется реактивными двигателями, потребуются:

• Источники исходной энергии, которые превращаются в кинетическую энергию реактивных струй;
• Рабочие тела, которые в качестве реактивных струй будут выбрасываться из реактивных двигателей;
• Сам реактивный двигатель в качестве преобразователя энергии.

Как получить рабочее тело?

Для приобретения рабочего тела в реактивных двигателях могут использоваться:

• Вещества, отбираемые из окружающей среды (к примеру, вода, либо воздух);
• Вещества, находящиеся в баках аппаратов или в камерах реактивных двигателей;
• Смешанные вещества, поступающие из окружающей среды и запасаемые на бортах аппаратов.

Современные реактивные двигатели главным образом используют химическую энергию. Рабочие тела представляют собой смесь раскаленных газов, которые являются продуктами сгорания химического горючего. Когда работает реактивный двигатель, химическая энергия от сгорающих веществ преобразуется в тепловую энергию от продуктов сгорания. В то же время тепловая энергия от горячих газов превращается в механическую энергию от поступательных движений реактивных струй и аппаратов, на которых установлены двигатели.

В реактивных двигателях струи воздушных потоков, которые попадают в двигатели, встречаются с обращающимися с колоссальной скоростью турбинами компрессоров, которые засасывают воздух из окружающей среды (при помощи встроенных вентиляторов). Следовательно, происходит решение двух задач:

• Первичное забирание воздуха;
• Охлаждение в целом всего двигателя.

Лопатки турбин компрессоров производят сжатие воздуха приблизительно от 30 и более раз, совершают «проталкивания» его (нагнетание) в камеру сгорания (происходит генерирование рабочего тела). Вообще камеры сгорания выполняют к тому же и роли карбюраторов, производя смешивание топлива с воздухом.

Это могут быть, в частности, смеси воздуха и керосина, как в турбореактивных двигателях современных реактивных самолетах, либо смеси жидкого кислорода и спирта, такими обладают кое-какие жидкостные ракетные двигатели, либо еще какое-то твердое топливо в пороховых ракетах. Как только образовалась топливно-воздушная смесь, происходит ее воспламенение с выделением энергии в виде тепла. Таким образом, топливом в реактивных двигателях могут быть только такие вещества, которые в результате химических реакций в двигателях (при возгорании) выделяют тепло, при этом образуя множество газов.

При возгорании совершается существенное разогревание смеси и деталей вокруг с объемным расширением. Собственно говоря, реактивные двигатели пользуются для продвижения управляемыми взрывами. Камеры сгорания в реактивных двигателях — это одни из самых горячих элементов (температурный режим в них может достигать до 2700 °С), и они требуют постоянного интенсивного охлаждения.

Реактивные двигатели снабжены соплами, через которые из них вовне с огромной скоростью вытекают накаленные газы, которые являются продуктами сгорания топлива. В некоторых двигателях газы оказываются в соплах сразу же после камер сгорания. Это относится, например, к ракетным или прямоточным двигателям.

Турбореактивные двигатели функционируют несколько иначе. Так, газы, после камер сгорания, вначале проходят турбинами, которым отдают свою тепловую энергию. Это делается для того, чтобы привести в движение компрессоры, которые послужат для сжатия воздуха перед камерой сгорания. В любом случае, сопла остаются последними частями двигателей, через которые протекут газы. Собственно они и формируют непосредственно реактивную струю.

В сопла направляют холодный воздух, который нагнетается при помощи компрессоров, чтобы охлаждать внутренние детали двигателей. Реактивные сопла могут обладать различными конфигурациями и конструкциями исходя из разновидностей двигателей. Так, когда скорость проистекания должна быть выше скорости звука, тогда соплам придаются формы расширяющихся труб или же вначале суживающиеся, а далее расширяющиеся (так называемые сопла Лаваля). Только с трубами такой конфигурации газы разгоняются до сверхзвуковых скоростей, при помощи чего реактивные самолеты перешагивают «звуковые барьеры».

Исходя из того, задействуется ли в процессе работы реактивных двигателей окружающая среда, они подразделяются на основные классы воздушно-реактивных двигателей (ВРД) и ракетных двигателей (РД). Все ВРД являются тепловыми двигателями, рабочие тела которых образуются тогда, когда происходит реакция окисления горючих веществ с кислородом воздушных масс. Поступающие из атмосферы воздушные потоки составляют основу рабочих тел ВРД. Таким образом, аппараты с ВРД несут на борту источники энергии (топливо), но большая часть рабочих тел черпается из окружающей среды.

К аппаратам ВРД относятся:

• Турбореактивные двигатели (ТРД);
• Прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ПВРД);
• Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели (ПуВРД);
• Гиперзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ГПВРД).

В противоположность воздушно-реактивным двигателям все компоненты рабочих тел РД находятся на борту аппаратов, оснащенных ракетными двигателями. Отсутствие движителей, взаимодействующих с окружающей средой, а также присутствие всех составляющих рабочих тел на борту аппаратов делают ракетные двигатели пригодными для функционирования в космическом пространстве. Имеется также комбинация ракетных двигателей, представляющих собой некое совмещение двух основных разновидностей.

Кратко об истории реактивного двигателя

Считается, что реактивный двигатель изобрели Ганс фон Охайн и выдающийся немецкий инженер-конструктор Фрэнк Виттл. Первый патент на действующий газотурбинный двигатель получил именно Фрэнк Виттл в 1930 году. Тем не менее, первая рабочая модель была собрана собственно Охайном. В конце лета 1939 года в небе появилось первое реактивное воздушное судно – He-178 (Хейнкель-178), который был снаряжен двигателем HeS 3, разработанным Охайном.

Как устроен реактивный двигатель?

Устройство реактивных двигателей довольно-таки простое и в то же время чрезвычайно сложное. Оно простое по принципу действия. Так, забортный воздух (в ракетных двигателях – жидкий кислород) засасывается в турбину. После чего он там начинает смешиваться с горючим и сгорать. На краю турбины образуется так называемое «рабочее тело» (ранее упоминаемая реактивная струя), которое продвигает летательный или космический аппарат.

При всей простоте, на самом деле это целая наука, ведь в середине таких двигателей рабочий температурный режим может достигать более тысячи градусов по Цельсию. Одной из важнейших проблем в турбореактивном двигателестроении является создание неплавящихся деталей из металлов, которые сами поддаются плавлению.

В начале, перед каждой турбиной всегда располагается вентилятор, засасывающий воздушные массы из окружающей среды в турбины. Вентиляторы обладают большой площадью, а также колоссальной численностью лопастей специальных конфигураций, материалом для которых послужил титан. Сразу за вентиляторами располагаются мощные компрессоры, которые необходимы для нагнетания воздуха под огромным давлением в камеры сгорания. После камер сгорания горящие топливовоздушные смеси направляются в саму турбину.

Турбины состоят из множества лопаток, на которые оказывают давление реактивные потоки, которые и приводят турбины во вращение. Далее турбины вращают валы, на которых «насажены» вентиляторы и компрессоры. Собственно так, система становится замкнутой и нуждается исключительно в подводе топлива и воздушных масс.

Вслед за турбинами потоки направляются в сопла. Сопла реактивных двигателей являются последними, но не самыми последними по своей значимости частями в реактивных двигателях. Они формируют непосредственные реактивные струи. В сопла направляются холодные воздушные массы, нагнетаемые вентиляторами для охлаждения «внутренностей» двигателей. Эти потоки ограничивают манжеты сопел от сверхгорячих реактивных потоков и не позволяют им расплавляться.

Отклоняемый вектор тяги

Реактивные двигатели обладают соплами самых разнообразных конфигураций. Самыми передовыми считаются подвижные сопла, размещенные на двигателях, у которых имеется отклоняемый вектор тяги. Они могут сдавливаться и расширяться, а также отклоняться на существенные углы — так регулируются и направляются непосредственно реактивные потоки. Благодаря этому воздушные судна с двигателями, имеющими отклоняемый вектор тяги, становятся чрезвычайно маневренными, потому что процессы маневрирования происходят не только вследствие действий механизмов крыльев, но также прямо самими двигателями.

Типы реактивных двигателей

Имеется несколько основных разновидностей реактивных двигателей. Так, классическим реактивным двигателем можно назвать авиадвигатель в самолете F-15. Большинство таких двигателей используются преимущественно на истребителях самых разнообразных модификаций.

Двухлопастные турбовинтовые двигатели

В этой разновидности турбовинтовых двигателей мощность турбин через понижающие редукторы направляется для вращения классических винтов. Наличие таких двигателей позволяет большим воздушным суднам осуществлять полеты с максимально приемлемыми скоростями и при этом расходовать меньшее количество авиатоплива. Нормальная крейсерская скорость у турбовинтовых воздушных суден может быть 600-800 км/ч.

Турбовентиляторные реактивные двигатели

Эта разновидность двигателей является более экономичной в семействе двигателей классических типов. Главной отличительной характеристикой в них является то, что на входе ставятся вентиляторы больших диаметров, которые подают воздушные потоки не только для турбин, но и создают довольно-таки мощные потоки вне их. Вследствие этого, можно достичь повышенной экономичности, путем усовершенствования КПД. Они используются на лайнерах и больших воздушных суднах.

Прямоточные воздушно-реактивные двигатели

Эта разновидность двигателей функционирует таким образом, что не нуждается в подвижных деталях. Воздушные массы нагнетаются в камеру сгорания непринужденным путем, благодаря торможению потоков об обтекатели входных отверстий. В дальнейшем совершается все то же, что и в обыкновенных реактивных двигателях, а именно воздушные потоки смешиваются с топливом и выходят как реактивные струи из сопел. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели применяются в поездах, в воздушных суднах, в «беспилотниках», в ракетах, кроме того они могут устанавливаться на велосипеды или скутеры.

Маневренность самолета - это его свойство изменять за определенный временной отрезок собственный положение в пространстве (направление, скорость и высоту полета), т. е. выполнять эволюции, маневрировать в воздухе. Маневренные особенности самолета зависят от последовательности факторов: аэродинамические и прочностные ограничения, располагаемая тяга двигателей, полетный вес и др. Эксплуатационная маневренность самолета определяется его управляемостью, приемистостью двигателей, быстротой включения реверса тяги, быстротой отклонения закрылков, щитков, спойлеров.

Управляемость самолета - это его свойство изменять режим

полета по воле пилота (при отклонении им рычагов управления). Наряду с этим перемещения рычагов управления должны быть несложными и сопровождаться маленькими, но прекрасно чувствуемыми на них упрочнениями.

Устойчивость самолета - свойство его самостоятельно, без вмешательства пилота, сохранять заданный режим полета и возвращаться к исходному равновесию по окончании прекращения действия внешних возмущений. В противном случае говоря, устойчивость, по определению Н. Е. Жуковского, возможно осознавать как «прочность» равновесия.

Самолет должен быть устойчив довольно всех трех осей. Хорошие характеристики устойчивости нужны для лучшей управляемости самолета. У устойчивого самолета более простые перемещения рычагами управления и меньше неспециализированная затрата нервной и мускульной энергии пилота на управление.

Для удобства рассмотрения устойчивость условно подразделяют на статическую устойчивость - свойство самолета обнаруживать тенденцию к восстановлению нарушенного равновесия в начальный момент времени и динамическую устойчивость - свойство самолета без вмешательства пилота восстанавливать исходный режим полета через некое время по окончании прекращения действия возмущения.

Наличие статической устойчивости есть нужным, но недостаточным условием динамической устойчивости самолета.

Продольную статическую устойчивость разделяют на устойчивость по перегрузке - свойство самолета самостоятельно, без вмешательства пилота, сохранять перегрузку исходного режима полета и на устойчивость по скорости - свойство самолета самостоятельно, без вмешательства пилота, сохранять скорость исходного режима полета.

При полета со скольжением у самолета появляются путевой (относительно оси О у) и поперечный (относительно оси Олс) статические моменты. У самолета, владеющего путевой (флюгерной) устойчивостью, появляющийся при скольжении момент пытается стереть с лица земли скольжение. У поперечно устойчивого самолета появляющийся при скольжении момент пытается накренить самолет в сторону, обратную скольжению.

Накренение самолета приводит к развороту в сторону крена и содействует, так, уничтожению скольжения.

Путевая устойчивость самолета обеспечивается по большей части вертикальным оперением. Чем больше площадь всех вертикальных поверхностей (киль, форкиль, шайбы, гребни и др.) и чем больше плечо этих поверхностей до центра тяжести самолета, тем лучше путевая устойчивость самолета.

Поперечная устойчивость самолета обеспечивается углом поперечного V крыла и высотой киля. Чем больше угол поперечного V крыла и чем выше киль, тем лучше поперечная устойчивость самолета. Повышение стреловидности крыла кроме этого содействует увеличению поперечной устойчивости самолета.

У самолетов со стреловидными крыльями поперечная устойчивость в значительной степени зависит от угла атаки, возрастая по мере его повышения.

Самолет с громадной степенью поперечной устойчивости отвечает энергичным кренением на происхождение скольжения. При излишней поперечной устойчивости значительно усложняется пилотирование при полета в болтанку и при происхождении несимметричной тяги.

Но пилот по большей части оценивает не проявление поперечной и путевой устойчивости в отдельности, а их совокупность. Одновременное проявление путевой и поперечной устойчивости рассматривается как боковая устойчивость самолета. Боковая устойчивость предусматривает определенную зависимость между путевой и поперечной устойчивостью.

При громадных значениях величины у, поведение самолета оценивается как неудовлетворительное, т. е. происхождение скольжения сопровождается резким кренением и, как следствие, разбалтыванием самолета. Самолет попеременно кренится и рыскает из стороны в сторону.

Хорда условного прямоугольного крыла, имеющего при равных углах атаки однообразные с крылом разглядываемого самолета величины полной аэродинамической продольного момента и силы, именуется средней аэродинамической хордой (САХ). положение и Величина САХ для каждого самолета указаны в техническом описании.

Так как самолет в воздухе вращается около центра тяжести, то положение центра тяжести (центровка) оказывает значительное влияние

Выход центровки за установленный для данного типа самолета диапазон недопустим. Чрезмерное смещение центровки назад (за установленные ограничения) позовёт сперва ухудшение устойчивости самолета по перегрузке, а после этого может привести к появлению неустойчивости. Но и излишне передняя центровка затрудняет управляемость самолета и может привести к «дефициту руля» при посадке.

Центр тяжести. Самолет

Разработка и производство авиационных турбореактивных двигателей (ТРД) сегодня является одной из наиболее наукоемких и высокоразвитых в научном и техническом отношении промышленных отраслей. Созданы, доведены до серийного выпуска и внедрены в массовую эксплуатацию авиационные газотурбинные двигатели четырех поколений.

Современные двухконтурные форсированные двигатели вдвое более экономичны по сравнению с первыми ТРД, имеют в 6-8 раз меньший удельный вес, их надежность возросла многократно, а ресурс увеличился более чем на два порядка. Развитие авиадвигателей основано на комплексе фундаментальных и прикладных исследований в аэро- и термодинамике, материаловедении, прочности и многих других областях. В двухконтурных турбореактивных двигателях (ТРДД) четвертого поколения параметры термодинамического цикла достигли весьма высокого уровня: температура газа перед турбиной доходит до 1650-1700 градусов Кельвина, степень повышения давления в компрессоре - до 40.

Еще более совершенны авиационные двигатели нового, пятого поколения, разработка которых ведется всего лишь в странах, обладающих необходимым научно-техническим и производственным потенциалом. Помимо России, только США, Англия и Франция владеют полным циклом создания и выпуска авиационных ГГД. Недаром атрибутом великой державы в наше время считается способность создавать и производить авиационные газотурбинные двигатели.

В свою очередь авиационное двигателестроение, базирующееся на наиболее передовых технологиях, стимулирует развитие всех тех отраслей промышленности, где требуются компактные, мобильные и хорошо управляемые источники энергии, - наземный и водный транспорт, теплоэнергетика, газоперекачка, технологии сушки, очистки, пожаротушения и т.д.

Мощная научная и производственная инфраструктура авиадвигателестроения в нашей стране, включающая уникальную по возможностями воспроизведения условий скоростного и высотного полета экспериментальную базу для стендовых испытаний, формировалась в течение многих десятилетий. Ныне, в условиях экономического кризиса, объемы опытно-конструкторских работ и выпускаемой продукции отечественного авиадвигателестроения упали в 5 и более раз, а численность работников снизилась практически вдвое. Производственные мощности предприятий используются всего на 10-20%. В структуре цены на двигатель затраты на топливо, материалы и энергию выросли в 1,5-2 раза и составляют более 50%, а доля фонда оплаты труда уменьшилась в 3-5 раз - до 4-6%. Поэтому разработка новых двигателей и модернизация серийных, создание научно-технического задела в обеспечение двигателей следующего поколения требует серьезных усилий организационно-финансового характера со стороны как государства, так и промышленности.

В последние 25-30 лет вышли на первый план ряд факторов, оказывающих сильное влияние на состояние и перспективы мирового авиадвигателестроения. Среди них в первую очередь необходимо отметить рост стоимости, увеличение полных сроков разработки и цены авиадвигателей. Этот период связан с развитием двухконтурного двигателя как основного типа ГТД для до- и сверхзвуковой авиации, в результате освоения которого рентабельность и экологические характеристики воздушного транспорта, боевая эффективность военной авиации были намного улучшены. Рост стоимостных показателей авиадвигателей приобретает экспоненциальный характер, при этом от поколения к поколению становится больше доля поисковых исследований по созданию опережающего научно-технического задела (НТЗ). Так, по ориентировочным данным для авиадвигателестроения США, при переходе от четвертого к пятому поколению она возрастает по затратам с 15% до 60%, а по срокам - почти в 2 раза.

Создание опережающего НТЗ по перспективным авиационным двигателям является приоритетным направлением в национальной научно-технической политике индустриально развитых стран Запада. Раннее выявление для выполнения данной задачи технических проблем и путей их решения позволяет существенно снизить затраты на разработку и сертификацию двигателя. Лидирующее положение при этом имеет рождение новых технологий применительно к двигателям военного назначения как наиболее напряженным по параметрам процесса. Программы НТЗ финансируются в основном из средств государственного бюджета.

ОСНОВА НЫНЕШНИХ УСПЕХОВ

Высокий конструктивно-технологический уровень решений, реализуемых в двигателях для боевой авиации, определяет их авангардную роль в развитии авиационного двигателестроения в целом. Двигатели для маневренных самолетов-истребителей характеризуются наивысшим уровнем технического, прежде всего весового совершенства. Само появление авиационного ГТД в конце 30-х годов и его широкое распространение в 40-50-х годах, начавшееся с истребительной авиации, связано с органическими свойствами ТРД - возможностью увеличения тяговой мощности в полетных условиях.

Развитие самолетов-истребителей характеризуется непрерывным ростом тяговооруженности (отношения веса к тяге) как средства обеспечения маневренных свойств и превосходства в воздухе. Именно это обстоятельство определяет непрерывное ужесточение требований к снижению удельного веса двигателей маневренных машин. Благодаря уменьшению удельного веса двигателей от уровня 0,7-0,8 (ТРД первого поколения) до уровня 0,12-013 (ТРДД четвертого поколения) взлетная тяговооруженность увеличилась от 0,3 у реактивных истребителей первого поколения до величины, превышающей 1 у современных истребителей четвертого поколения.

Освоение уже в 50-х годах сверхзвуковой области скоростей полета привело к необходимости обеспечения многорежимности силовых установок самолетов, требования к которой еще более ужесточаются в связи с тенденцией к обеспечению многофункциональности современных боевых машин. Результатом этого в истребительной авиации является тенденция более быстрого снижения удельного веса двигателя по сравнению с ростом тяговооруженности самолета.

Решение сложнейшей научно-технической задачи создания двигателя, сочетающего столь противоположные требования, как малый удельный вес и многорежимность, сделало необходимым освоить схему двухконтурного ТРД с форсажной камерой (ТРДДФ), отличающегося весьма сложным рабочим процессом. Это, в свою очередь, потребовало разработки:

Принципиально новых конструкционных материалов с высокой удельной прочностью (титановые, жаропрочные порошковые и монокристаллические сплавы и др.);

Высокотемпературных кольцевых камер сгорания и высокоперепадных турбин;

Малоступенчатых регулируемых компрессоров с большой работой в ступени;

Электронных цифровых систем управления, интегрированных с системой технической диагностики.

Создание в 70-80-х годах базовых ТРДДФ четвертого поколения РД-ЗЗ (ЛНПО им. В.Я. Климова), АЛ-31Ф (ОАО "Люлька-Сатурн"), Д-30Ф6 (ОАО "Авиадвигатель") для истребителей - крупное научно-техническое достижение отечественного авиадвигателестроения. Исключительные качества данных образцов (низкий удельный вес, сниженное число ступеней лопаточных машин, широкий диапазон условий эксплуатации, устойчивость компрессоров при полете о большими углами атаки, короткая широкодиапазонная форсажная камера с регулируемым соплом, высокие динамические характеристики и отсутствие ограничений на перемещение рычага управления) позволяют считать их наиболее удачными среди современных двигателей маневренных сверхзвуковых машин, о чем свидетельствует общепризнанный успех МиГ-29, Су-27, МиГ-31. К многорежимным двигателям четвертого поколения относятся и ТРДДФ НК-25, НК-32 (ОАО СНТК им. Н.Д. Кузнецова) для самолетов дальней и стратегической авиации - самые мощные в мире.

Отечественные сверхзвуковые многорежимные ТРДДФ четвертого поколения появились при научном обеспечении и непосредственном участии ЦИАМ.

В двигателях нового пятого поколения для маневренных сверхзвуковых самолетов тенденции развития многорежимного ТРДДФ малого веса дополнены новыми требованиями - обеспечение сверхзвукового крейсерского полета, снижение заметности, отклонение вектора тяги при высокой надежности и большом ресурсе. В связи с проблемой закупок на передний план выдвигается задача установления соответствия стоимости двигателя и затрат на его эксплуатацию покупательной способности заказчика.

В 80-х годах В ОАО "Люлька-Сатурн" были начаты работы над ТРДДФ пятого поколения АЛ-41Ф для нового многофункционального истребителя. Концепция и технический облик двигателя нового поколения разработаны на основе поисковых исследований, выполненных совместно ЦИАМ и конструкторскими бюро.

ВКЛАД ИНСТИТУТА

В 80-х годах отечественное двигателестроение вплотную занялось НТЗ, причем данный труд по своим масштабам не уступал зарубежным программам. Однако существенное сокращение бюджетного финансирования привело к отставанию в разработке двигателя пятого поколения и обусловило низкие темпы создания НТЗ для двигателей шестого поколения. Проводимые в ЦИАМ работы по созданию экспериментального НТЗ для двигателей следующего поколения являются приоритетными в тематике института, но из-за недостаточного выделения средств выполняются в ограниченном объеме и низкими темпами. Продолжение этой тенденции приведет к катастрофическому отставанию в развитии отечественных двигателей от мирового уровня.

Современная методология создания двигателей опирается на интеграцию систем трехмерного моделирования, компьютерного проектирования и автоматизированного изготовления, что создает основу для сокращения доли наиболее дорогой компоненты "доводки" - его отработки на опытных образцах. В ЦИАМ внедрены трехмерные методы расчета нестационарных вязких течений на основе решения уравнений Навье-Стокса и обратных задач оптимизации элементов, многодисциплинарные подходы к исследованию газодинамики и теплообмена в дисковых полостях, анализу измерения зазоров в двигателе и решению ряда других проблем. Получило развитие моделирование нестационарных процессов для анализа процессов потери газодинамической устойчивости и флаттера в компрессорах и т.д.

Одной из наиболее сложных является задача освоения высоких температур газа. Применение монокристаллических лопаток с проникающим охлаждением находится в ряду перспективных направлений создания турбин, работающих при температуре газа 2000-2200 градусов Кельвина. ЦИАМ обладает комплексом технологий, необходимых для успешного создания перспективной рабочей лопатки турбины высокого давления. Совместно с ВИАМ и ГНПП "Салют" проводятся исследования по оптимизации конструктивно-технологических решений.

В ЦИАМ разработана высокотемпературная (до 2100 градусов Кельвина) модульная камера сгорания для двигателей с повышенным ресурсом и низким уровнем эмиссии вредных веществ. Многократное увеличение ресурса обеспечивается применением двухстенной перфорированной или сегментной жаровой трубы, что способствует также снижению неравномерности поля температуры на выходе из камеры, турбины.

Один из факторов, обеспечивающих "доступность" двигателя, - уменьшение числа его деталей путем снижения числа ступеней лопаточных машин, что удешевляет цену производства и ремонта.

Развитие компрессоров авиационных двигателей идет в направлении увеличения аэродинамической нагрузки на ступени, благодаря чему уменьшается их число. В то же время обостряется проблема обеспечения вибрационной прочности лопаточных машин из-за таких факторов, как повышение напорности ступеней и применение конструкций с низким демпфированием (моноколеса - "блиски" с лопатками малого удлинения). Для решения проблемы вибрационной прочности разработаны оригинальные методы бесконтактной диагностики колебаний, позволяющие идентифицировать причину их возникновения (резонанс, флаттер, вращающийся срыв).

Разработка и внедрение новых материалов и конструктивно-технологических решений являются решающим фактором в создании двигателей нового поколения. ЦИАМ совместно с Всероссийским институтом авиационных материалов, некоторыми технологическими институтами и ОКБ разработал программу критических (ключевых) технологий, предусматривающую создание высокоэффективных элементов и узлов двигателей на основе использования высокопрочных титановых и никелевых сплавов (монокристаллических, порошковых, интерметаллидов и др.), композиционных материалов, прогрессивных методов литья, сварки, прессования, нанесения покрытий и т.д.

В перспективных системах автоматического управления (САУ) двигателей будут использоваться "интеллектуальные" датчики, исполнительные механизмы и устройства для дозирования топлива, содержащие встроенные процессоры, которые осуществляют первичную обработку и коррекцию данных. При этом упрощается интеграция САУ с системами самолета и системой контроля и диагностики, уменьшается масса соединительных линий и повышается надежность всей системы.

Разработка и внедрение экономически эффективных методов эксплуатации при обеспечении безопасности полетов является важнейшей задачей отечественного двигателестроения. Ее решение основывается на совершенствовании методов управления ресурсами двигателя. Значительные резервы увеличения ресурса связаны с эксплуатацией двигателей по техническому состоянию, где ключевую роль играет совершенствование систем технической диагностики, основными направлениями которого являются реализация в бортовых системах алгоритмов прогнозирования возникновения отказов и автоматизация принятия диагностических решений.

Создание семейств двигателей различной тяги (мощности) и назначения на основе базового изделия и его газогенератора является также одним из наиболее важных путей снижения стоимости жизненного цикла (СЖЦ) и повышения "доступности". Преимущества от унификации за счет создания семейств двигателей проявляются на всех этапах жизненного цикла.

Для реализации этого подхода необходимо наличие у базового двигателя "запаса на развитие", обоснованный выбор которого также осуществляется на основе накопленного НТЗ. Пути всемерного сокращения затрат лежат в основе разработок современной методологии создания двигателей, проводимых в ЦИАМ совместно с промышленностью.

Практика показывает, что современные самолеты состоят на службе не менее 25-30 лет. Расширение в течение этого периода функций, объема и сложности выполненных ими задач обусловливают возрастание взлетного веса машин. Для сохранения и увеличения тяговооруженности необходимо соответствующее увеличение тяги как основного условия обеспечения эксплуатационных характеристик и маневренности. Поэтому одним из актуальных направлений развития семейства является создание модификаций с большей тягой при габаритных ограничениях, налагаемых требованиями взаимозаменяемости с исходной (базовой) моделью двигателя. Это делает необходимым применение новых конструктивно-технологических решений, присущих двигателям нового поколения. Таким образом, и в случае модернизации необходим НТЗ, использование новейших достижений по линии которого придает новой модификации черты двигателя следующего поколения, но при этом ее создание обходится намного дешевле разработки совершенно нового двигателя той же тяги.

ПУТЬ К ШЕСТОМУ ПОКОЛЕНИЮ

Двигатели шестого поколения для боевой авиации, создание которых следует ожидать в 2010-2015 гг., по отношению к пятому поколению должны обладать рядом характеристик, придающих качественно новый уровень боевому самолету. К ним относятся уменьшение удельного веса двигателя в 1,4-2 раза, удельного расхода топлива - на 15-30%, повышение надежности на 60-80%, обеспечение ресурса двигателя, соответствующего 0,5-1 ресурса планера, снижение в 2-3 раза трудоемкости обслуживания и, в совокупности, - более низкое СЖЦ.

Высокий уровень весового и эксплуатационного совершенства двигателя шестого поколения должен быть обеспечен путем реализации в его конструкции предельно высокой температуры газа перед турбиной (2300-2400 градусов Кельвина), применения композиционных материалов для изготовления основных узлов двигателя, интегральной САУ на основе электропривода, "сухой" подвески роторов, принципиально новых технологий изготовления узлов.

Осуществление в США на госбюджетной основе национальной программы ключевых технологий авиадвигателестроения IНРТЕТ, а также развивающих и дополняющих ее иных программ с ориентировкой на глобализацию присутствия американской военной авиации около 2015 г. имеет конечной целью достижение монопольного положения авиатехники и моторостроения Соединенных Штатов в ближайшие десятилетия при вытеснении с рынка производителей авиатехники иных стран, в том числе России, и в первую очередь отечественного авиадвигателестроения - ключевой отрасли авиапромышленности.

Необходима четкая концепция развития отечественного авиадвигателестроения как непременной составной части общей концепции развития авиации нашей страны в виде единого взаимосвязанного комплекса, обеспечивающего разработку, производство и эксплуатацию авиатехники военного назначения и воздушного транспорта. Развитие авиадвигателестроения должно базироваться на принципах сбалансированного, обеспечивающего национальные приоритеты сочетания работ в направлениях модернизации существующих и создания новых двигателей, планомерного накопления НТЗ для двигателей следующего поколения. Необходимо государственное регулирование стоимости топливно-энергетических и материальных ресурсов. Должно быть законодательно закреплено осуществление государственной политики, направленной на поддержку отраслей, использующих высокие технологии. Паритетность и конкурентоспособность двигателей - как новых, так и модернизируемых - будут во многом определяться достижениями в области перспективных ключевых технологий - важнейшей составляющей научно-технического потенциала.