1.4.3 Боевые маневренные самолеты последних поколений

Новые технологии, использованные при создании истребителей пятого поколения.

На весовое совершенство боевых маневренных самолетов оказывают влияние следующие основные факторы:

- разработка рациональной конструктивно-силовой схемы на основе современных методов расчета;

- переход к интегральным компоновкам, обладающим более благоприятным распределением аэродинамических и массовых сил по поверхности планера;

- применение новых технологических мето­дов изготовления и соединения частей планера;

- широкое применение композиционных материалов, легких алюминиевых и титановых сплавов;

- снижение массы БРЭО;

- снижение массы силовой установки.

Влияние указанных факторов приводит к значительному снижению отношения веса конструкции планера и шасси G_ПЛ к произведению G_p п_{у mах}, показывающего суммарную нагрузку, действующую на планер. Как видно из рисунка 1.3.10, благодаря применению новых конструкционных материалов и технологических решений, относительный вес планера существенно снизился у самолетов пятого поколения по сравнению с самолетами четвертого поколения.

Для самолетов пятого поколения доля композиционных материалов достигает = 30%, при их использовании в основном в элементах силовых конструкций (рисунок 1.3.11).

Значительным фактором снижения массы самолета является снижение массы авионики, которое происходит за счет перехода на новую элементную базу и интегральные структуры организации бортовых систем (рисунок 1.3.12). Относительная масса БРЭО самолета росла примерно до 1980 г., затем получила устойчивую тенденцию к снижению.

Существенное влияние на массу самолета оказывает масса силовой установки. Следует отметить, что для двигателей пятого поколе­ния удельный вес двигателя

γ = 0,1, а для двигателей следующего поколения этот параметр предполагается снизить примерно в 2 раза.

Кроме указанных выше факторов, приводящих к снижению массы маневренного боевого самолета, имеется ряд причин, приводящих к ее увеличению, обусловленных в основном требованиями увеличения боевой нагрузки, дальности полета самолета. На рисунке 1.3.13 показано увеличение массы G_бн боевой нагрузки на истребителях, однако боевая нагрузка, размещаемая в отсеках, не имеет тенденции к росту, что связано с трудностями конструктивной реализации больших грузовых отсеков на самолете этого типа.

Рис. 1.3.10. Изменение относительного веса планера по годам

Рис. 1.3.11. Изменение доли использования углепластиков

В конструкции планера по годам

Рис. 1.3.12. Изменение доли массы авионики, установленной на борт,

В массе пустого самолета по годам

Рис. 1.3.13. Увеличение массы боевой нагрузки на истребителях

Рис. 1.3.14 Изменение относительного запаса топлива на истребителях

В связи с требованиями ЛТХ имеется устойчивая тенденция к росту весовой отдачи самолета по топливу (рисунок 1.3.14).

Сумма всех факторов, перечисленных выше, свидетельствует о тенденции увеличения весовой размерности самолетов-истребителей и их стоимости.

Силовые установки истребителей пятого поколения.

К приоритетным направлениям развития силовых установок истребителей следующего поколения можно отнести:

- широкую интеграцию двигателя, входных и выходных устройств, систем силовой установки с планером и системами самолета на основе структурной трансформации и функционального объединения;

- дальнейшую интенсификацию основных параметров цикла;

- дальнейшее совершенствование по удельным показателям веса и объема;

- развитие цифровых электронных систем управления двигателем;

- разработку новых металлических и неметаллических материалов и конструкций;

- создание комплекса мер по существенному снижению заметности;

- разработку и внедрение системы мер по сокращению сроков и стоимости создания двигателя;

- повышение эксплуатационной надежности и безопасности.

По указанным направлениям и в нашей стране, и за рубежом с 80-х годов ведутся интенсивные исследования. В результате чего в 90-х годах появился двигатель пятого поколения. Этот двигатель, например F119-PW-100 (США), имеет высокое отношение бесфорсаж­ной и форсажной тяг (порядка 0,8 - 0,85) и ма­лые удельные расходы топлива на сверхзвуковых режимах полета (Т_Г^* =1850 ... 1900 К, π*_K = 25 - 30, т = 0,2 - 0,3), меньший удельный вес (на 20 - 25 %), большую экономичность на максимальных и форсажных режимах (на 15 - 20%), в 1,5 раза меньшее число ступеней лопаточных узлов.

Столь значительное улучшение характеристик двигателя истребителей пятого поколения достигнуто за счет использования:

а) широкохордных монокристаллических лопаток с более высоким КПД ступеней, спроектированных с использованием методов расчета трехмерных течений;

б) жаропрочных материалов;

в) монолитных рабочих колес, у которых диски и лопатки выполнены как одно целое;

г) цифровой электронной системы регулирования (FADEC) и встроенной системы диагностики.

Как показали исследования, заметность силовой установки в РЛ-диапазоне в передней полусфере вдоль продольной оси самолета может составлять до 70 % общей заметности самолета. Для снижения заметности силовой установки помимо стреловидности передних кромок воздухозаборников, введено искусственное искривление каналов и применены радиопоглощающие покрытия.

Следующее поколение двигателей военной авиации по сравнению с уровнем, достигнутом на ТРДЦФ пятого поколения, должно иметь уменьшенный в 1,4 - 2 раза удельный вес (γ = 0,05 - 0,06), повышенную на 15 ... 30 % эко­номичность в условиях боевого примене­ния, улучшенные в 1,5...2 раза динамические характеристики, увеличенный ресурс до τ_рес = 0,5 - 1 ресурса планера, повышенную на 60 - 80 % надежность, в 2 раза меньшую трудоемкость технического обслуживания и в 1,5 раза меньшую стоимость жизненного цикла.