ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФФЕСИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет Авиационных Двигателей

Кафедра АД

РЕФЕРАТ

По введению в специальность на тему:

«Чем отличаются истребители пяти поколений?»

Выполнил: студент 1 курса

Факультета АД

Группы ТЭД-104

Мумбер К.Е.

Проверил:

Каменев Сергей Иванович

УФА 2014

Введение:

Данная тема является актуальной, так как при изучении истории развития истребителей пяти поколений, складываются основные задачи к созданию следующего шестого поколения.

Цель: Изучить историю истребителей пяти поколений, основные характеристики, присущие к каждому поколению, разницу между истребителями пяти поколений и участие их в локальных конфликтах.

Поколение истребителей - это совокупность типов летательных аппаратов, обладающих сходными боевыми возможностями. Как следствие, эти самолёты разрабатывались и эксплуатировались развитыми странами примерно в одно и то же время, при их создании применены сходные технические решения.

Истребитель пятого поколения — новое поколение истребителей, представители которого приняты на вооружение в 2001 г в США, а в России находятся на этапе летных испытаний. Поиски облика истребителя пятого поколения начались в середине 70-х годов в СССР и США, когда машины четвертого поколения — такие как Су-27, МиГ-29, F-14 и F-15 — ещё только делали первые шаги. К работе были привлечены ведущие отраслевые научные центры и ОКБ.

К 2013 году единственным принятым на вооружение истребителем пятого поколения был F-22 Raptor (2001 г.). Лётные испытания проходят ещё три истребителя: F-35 (США), ПАК ФА (Россия) и J-20 (Китай).

За годы Второй Мировой Войны скорость серийных истребителей значительно возросла, однако рост веса силовой установки и всей конструкции существенно опережал прирост энерговооруженности, мало того поршневой двигатель не способен обеспечить скорость ЛА выше определенного предела. Ученые и конструкторы мировых держав осознали эту проблему практически одновременно. Выход из этой проблемы виделся в создании принципиально иного типа двигателя Реактивного.

Главной особенностью послевоенного периода развития истребителей стало появление реактивного двигателя. В основном брали обычные поршневые истребители и ставили на них реактивные двигатели (Як-3 и модификация с реактивным двигателем Як-15).

Реактивный двигатель — двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги посредством преобразования потенциальной энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела. Первыми в мире создателями и эксплуатантами реактивного двигателя считаются немцы и англичане.

Первый в мире ЛА с ТРД был-экспериментальный HE-178, который взлетел в Германии в 1939 году. Спустя 2 года в Англии вышел на испытания Gloster E.28/39. В 1944 году в обеих странах появились серийные ЛА с реактивными двигателями, применявшиеся в боях — это: GlosterMeteor и Me.262. Первым советским ЛА с реактивным двигателем стал БИ-1 конструктора Виктора Балховитина, который совершил первый полет 15 мая 1942 года под управлением Григория Бахчиванджи.

Истребители 1 поколения

Для истребителей 1 поколения характерны :

• Появление стреловидного крыла

• Отсутствие радаров

• Частично радар заменяется радиоприцелом

• Дозвуковая скорость полета, но у отдельных моделей, например F-100 SuperSabre, возможно незначительное превышение скорости звука.

• Авиационные пушки как основное вооружение

• Возможно применение неуправляемых ракет, но на вспомогательных ролях

Ярким примером использования истребителей 1 поколения стала Корейская война, где основное противоборство шло между самолетами МиГ-15 и F-86.

В этой войне на МиГ-15 начали устанавливать первые в мире системы радарного предупреждения, разработанные советским изобретателем-одиночкой В. Мацкевичем.

Мацкевич, узнав о больших потерях в корейской войне вследствие использования американскими F-86 «Сэйбр» активных радиодальномеров, позволяющих обнаруживать цель намного раньше (2,5 км против 150 м в пределах видимости) и изучив сбитый трофейный F-86, предложил схему пассивного радара с акустической сигнализацией, обнаруживающего активный радар противника за 10 км.

Основной же особенностью летательных аппаратов 1 поколения стало стреловидное крыло.

С появлением реактивного двигателя скорость ЛА увеличилась в несколько раз, рост скорости и связанные с этим явления потребовали от ученых кардинально пересмотреть аэродинамику полета и решить целый набор задач. Дело в том, что при увеличении скорости полета увеличивается сопротивление воздуха. Воздух будто вязкая масса не хочет пропускать через себя ЛА. Одним из средств уменьшения этого сопротивления стало применение скоростных профилей и придания крылу стреловидной формы. Основами таких работ стали наработки ученых германии. В СССР первый ЛА со стреловидным крылом был ЛА-160, который поднялся в воздух в 1947 году.

Достоинства стреловидного крыла:

Увеличение скорости, при которой наступает волновой кризис, и как следствие — меньшее сопротивление на трансзвуковых скоростях по сравнению с прямым крылом.

Медленный рост подъёмной силы в зависимости от угла атаки, а, следовательно, лучшая устойчивость к турбулентности атмосферы.

Недостатки

Пониженная несущая способность крыла, а также меньшая эффективность действия механизации.

Отрыв потока воздуха в концевых частях крыла, что приводит к ухудшению продольной и поперечной устойчивости и управляемости самолёта.

Увеличение скоса потока за крылом, приводящее к снижению эффективности горизонтального оперения.

Возрастание массы и уменьшение жёсткости крыла.Достоинства стреловидного крыла:

• Увеличение скорости, при которой наступает волновой кризис, и как следствие — меньшее сопротивление на трансзвуковых скоростях по сравнению с прямым крылом.

• Медленный рост подъёмной силы в зависимости от угла атаки, а, следовательно, лучшая устойчивость к турбулентности атмосферы.

Недостатки

• Пониженная несущая способность крыла, а также меньшая эффективность действия механизации.

• Отрыв потока воздуха в концевых частях крыла, что приводит к ухудшению продольной и поперечной устойчивости и управляемости самолёта.

• Увеличение скоса потока за крылом, приводящее к снижению эффективности горизонтального оперения.

• Возрастание массы и уменьшение жёсткости крыла.

2 поколение истребителей

• Сверхзвуковая скорость

• Появление в качестве штатного оборудования радиолокационной станции

• Системы дозаправки в воздухе

• Использование ракет в качестве основного оружия воздушного боя

• Отказ от пушечного вооружения

• Появление новых схем и компоновок истребителей

Достижение сверхзвуковой скорости потребовало поиск новых форм крыла, и совершенствования реактивных двигателей:

1)Острые края плоскостей

2)Цельноповоротное хвостовое оперение (применено на МиГ-19)

3)Изменение конструкции воздухозаборников (кромки воздухозаборников заострились)

Бортовая радиолокационная станция (БРЛС) — радиоэлектронная система, устанавливаемая на летательных аппаратах различных классов и предназначенная для получения радиолокационной информации о воздушных, космических и наземных объектах (целях), в том числе в сложных метеоусловиях и при отсутствии видимости.

Первая отечественная БРЛС "Изумруд" устанавливалась на истребители МиГ-15 и МиГ-17. РЛС работала в импульсном режиме, и могла обнаруживать и сопровождать цели, летящие выше истребителя. Обнаружение и сопровождение осуществлялось двумя переключаемыми антеннами.

Её дальнейшее развитие - "Изумруд-2" имела уже одну антенну, вдвое большего диаметра, за счёт чего возросла дальность обнаружения целей (цель типа В-29 "Изумруд" обнаруживала на дистанции до 15км, "Изумруд-2" до 25-30км).

Для перехватчиков Як-25 была создана БРЛС "Сокол", и её модификация "Орёл" для Су-11, Як-28 и Су-15. За счёт большего диаметра зеркала и большей мощности передатчика дальность обнаружения цели типа В-29 возросла до 40 км.

Дозаправка в воздухе — операция передачи топлива с одного летательного аппарата на другой во время полета.

С самого начала использования аэропланов возникло желание расширить их радиус действия за счёт передачи топлива в воздухе. Ещё в 1912 году были осуществлены первые попытки передать с одного самолёта на другой канистры с топливом. Ввиду высокой опасности и сложности манёвров данный способ передачи топлива развития не получил.

Первые попытки передать топливо при помощи шланга с одного гидросамолёта на другой были произведены английскими военно-морскими летчиками в 1917 году. Успешные попытки такого рода были осуществлены в 1920-х годах. В простейшем случае два медленно летящих самолёта соединялись шлангом, по которому в заправляемый самолёт топливо перетекало под действием силы тяжести. Впоследствии топливо стали ускорять при помощи насосов.

Первые дозаправки в полёте при выполнении боевого задания были произведены во время Корейской войны в ВВС США.

Виды дозаправок: С крыла на крыло, шланг-конус, штанга

Управляемые авиационные ракеты

Первые управляемые ракеты для поражения воздушных целей появились в конце Второй мировой войны в Германии. С помощью ракеты «воздух-воздух» первая победа была одержана 24 сентября 1958 года. Ракеты «воздух-воздух» классифицируются по дальности и типу головки самонаведения.

Первые опыты по наведению авиационной ракеты на самолёт были предприняты в Германии во время Второй мировой войны. Во время налётов союзников люфтваффе столкнулось с недостаточной эффективностью поражения тяжёлых бомбардировщиков применяемым пушечным авиационным вооружением, в результате чего стали разрабатывать очередное «чудо-оружие», способное уничтожить бомбардировщик с безопасного для лётчика-истребителя расстояния. Усилиями немецких конструкторов привели к созданию опытных образцов специализированых ракет «воздух-воздух», таких как Ruhrstahl X-4.

ВВС и ВМС США приняли на вооружение ракеты «воздух-воздух» в 1956 году. Первой ракетой ВВС США стала AIM-4 Falcon; ВМС США получили сразу две ракеты – AIM-7 Sparrow и AIM-9 Sidewinder, модификации которой стоят на вооружении до сих пор. Первую ракету «воздух-воздух» РС-1У (К-5/Р-5) ВВС СССР приняли на вооружение в 1956 году.

24 сентября 1958 года истребитель ВВС Тайваня F-86 атаковал МиГ-15 ВВС Китая ракетой AIM-9B Sidewinder и сбил его. Эта победа считается первой, одержанной с помощью ракеты «воздух-воздух».

Системы наведения управляемых ракет:

•Радиокомандная (РК)

•Радиолокационная

•Инфракрасная

•Оптико-электронная

2 поколение характеризуется появлением новых схем и компоновок ЛА.

Например: самолет Mirage III создан по схеме " с низкорасположенным треугольным крылом (угол стреловидности по передней кромке составляет 61 градусов). Так же по схеме «бесхвостка» создан J.35J Draken.

Аэродинамическая схема Бесхвостка — аэродинамическая схема, согласно которой у самолёта отсутствуют отдельные плоскости горизонтального управления, а используются только плоскости, установленные на задней кромке крыла. Эти плоскости называются элевонами и комбинируют функции элеронов и рулей высоты.

Схема получила определённое распространение с появлением сверхзвуковой авиации и треугольных, и дельтавидных крыльев малого удлинения.

Преимуществом такой схемы является меньший вес планера и меньшее сопротивление, однако, меньшее плечо органов вертикального управления приводит к меньшей эффективности управления по каналу тангажа. Внедрение электродистанционных систем управления позволяет нивелировать этот недостаток.

На Миг-21 применено треугольное крыло.

Треугольное крыло- крыло жёстче и легче стреловидного, что не мало важно на больших скоростях (больше 2М).

Преимущетва

Имеет малое относительное удлинение

В таком крыле можно было разместить больше топлива

Недостатки

Возникновение и развитие волнового кризиса;

Большие сопротивления и более резкое падение максимального аэродинамического качества при изменении угла атаки, что затрудняет достижение большего потолка и радиуса действия.

Основным полем боя самолетов второго поколения стала Вьетнамская война.

С февраля 1966 года основными противниками F-4 стали сверхзвуковые МиГ-21Ф-13 (часть из них - чехословацкого производства) и МиГ-21ПФ-В (вариант всепогодного, то есть снабженного радиолокационным прицелом МиГ-21ПФ в "тропическом" исполнении), так же как и американские самолеты, оснащенные ракетным оружием - УР Р-Зс с ТГС или блоками с 55-миллиметровыми неуправляемыми авиационными ракетами (НАР) С-5. Командование ВВС и ВМС США продолжало возлагать большие надежды на F-4, считая, что мощное вооружение, совершенная бортовая РЛС, высокие скоростные и разгонные характеристики в сочетании с новыми тактическими приемами обеспечат "Фантомам" превосходство над самолетами противника. Но при столкновениях с более легкими МиГ-21 F-4 начали терпеть поражение за поражением. С мая по декабрь 1966 года США в воздушных боях потеряли 47 самолетов, уничтожив при этом лишь 12 истребителей противника. Сказались большая нагрузка на крыло и несколько меньшие (особенно на средних высотах) угловые скорости разворотов американских истребителей (американцы впоследствии признали, что "Фантом" в целом уступает МиГу на виражах), ограничения по эксплуатационной перегрузке (6,0 против 8,0 у МиГ-21ПФ) и допустимым углам атаки, а также худшая управляемость американской машины. Не обладал F-4 и преимуществом по тяговооруженности: при нормальной взлетной массе она составляла 0,74 у F-4B, а у МиГ-21ПФ - 0,79. Сухая статистика глосит, что из 5 сбитых самолетов 4 были уничтожены именно в ближнем бою. Опыт полученный во Вьетнаме сильно скоректировал взгляды на истребитель 3 поколения, на то каким он должен быть.

3 Поколение Истребителей

Основные признаки:

• Радары повышенной мощности.

• Использование ракет большой и средней дальности.

• Многорежимность полета

Военные требовали постоянного увеличения скорости и дальности полета, а это все вело к увеличению веса самолета, а это, как следствие, к увеличению  длины разбега и пробега. Это обстоятельство никак не устраивало военных. Ведь длинные взлетно-посадочные полосы — слишком простая цель. Требовали сохранить и большую скорость полета и приемлемые взлетно-посадочные характеристики. Дело в том, что в гонке за скоростью конструкторы постоянно увеличивали стреловидность крыла, а с ростом стреловидности эффективность крыла на взлете и посадке снижалась. Конструкторы предлагали 2 решения: дополнительно использовать подъемный двигатель или установить крыло изменяемой стреловидности. Для сравнительных испытаний построили 2 опытных экземпляра. Один с подъемными двигателями, другой с новым крылом. Оба назывались Миг-23. Испытания показали преимущество самолета с крылом изменяемой стреловидности.

Крыло изменяемой стреловидности — тип конструкции летательного аппарата тяжелее воздуха с неподвижным крылом, позволяющей изменять в полёте один из видов геометрии крыла — стреловидность. На больших скоростях полёта эффективна большая стреловидность, а на малых (взлёт, посадка) — малая. 

Самолёты с крылом изменяемой стреловидности и достаточно высокой максимальной скоростью имеют хорошие взлётно-посадочные характеристики. Например, бомбардировщик Су-24 имеет максимальную скорость 1700 км/ч при стреловидности крыла по передней кромке 69° и посадочную 280-290 км/ч, при стреловидности 16°.

Недостатком крыла с изменяемой стреловидностью является его значительно больший вес и усложнение конструкции.

File:Aircraft engine MiG-23 sweep wing mechanism.jpg

К третьему поколению относятся:

В авиации СССР

МиГ-23

МиГ-25

МиГ-27

В авиации США

McDonnell Douglas F-4 Phantom II

Northrop F-5

В авиации других стран

DassaultMirage F1

Saab 37 ViggenMitsubishi F-1

Вообще 3 поколение в мировом авиастроении осталось в истории поколением поисков, проб и ошибок. Французы разрабатывая свой Mираж F1 пошли по вполне традиционному пути, внешне он выглядел привычно для своего времени, Шведы на истребителе Фигген использовали оригинальную компоновку с передним горизонтальным оперением и схемой «безхвостка», двигатель самолета оснащался реверсом тяги довольно не обычно для истребителей, устройство позволяет сокращать посадочную дистанцию, не используя тормозной парашют. Американцы истребитель 3 поколения вообще не имели. Вернее создавать они его начали и даже раньше чем МиГ-23. Самолет назывался F-111 и задумывался многофункциональным из-за этого машина получилась большой и тяжелой, с учетом появившегося чуть позже Вьетнамского опыта вовсе не истребитель, в следствии F-111 переквалифицировали в фронтовой бомбардировщик. Но в поколениях истребителей у американцев появился «провал», они заполнили его последними модификациями Фантомов и тут же объявили конкурс на следующее 4 поколение.

4 поколение истребителей.

Взявшись сразу за 4 поколение минуя 3 американцы вырвались вперед, создали сразу 2 самолета легкий F-16 и тяжелый F-15. Была новая концепция именно пары, что означало деление истребителей на лёгкие и тяжёлые.

Отличительные особенности 4 поколения:

Улучшенные маневренные характеристики (неустойчивая аэродинамическая схема).

Двухконтурные турбореактивные двигатели с пониженным расходом топлива.

Интегральная схема

Применение композиционных материалов

Интегральная схема - это значит крыло и фюзеляж плавно сопрягаются друг с другом, образуя единую несущую поверхность.

Двухконтурные турбореактивные двигатели

В основу двухконтурных турбореактивных двигателей положен принцип присоединения к ТРД дополнительной массы воздуха, проходящей через внешний контур двигателя, позволяющий получать двигатели с более высоким полетным КПД, по сравнению с обычными ТРД.

Пройдя через входное устройство, воздух попадает в компрессор низкого давления, именуемый вентилятором. После вентилятора воздух разделяется на 2 потока. Часть воздуха попадает во внешний контур и, минуя камеру сгорания, формирует реактивную струю в сопле. Другая часть воздуха проходит сквозь внутренний контур, полностью идентичный с ТРД, о котором говорилось выше, с той разницей, что последние ступени турбины в ТРДД являются приводом вентилятора.