1.3.2 Развитие маневренной боевой авиации.

Развитие маневренной авиации условно принято разделять на несколько поколений по техническому уровню реализованных в их конструкции решений.

Первое поколение маневренных боевых са­молетов (1918-1941 гг.), которые были приняты в серийное производство и составили основу отечественных военно-воздушных сил, по своему техническому уровню отличалось высокой маневренностью и эксплуатационными перегрузками. Все самолеты этого периода имели винтомоторную силовую установку с поршневыми двигателями.

Энерговооруженность этих самолетов (отношение веса к мощности двигателя) достигала (2,33 - 2,48). Предельные скорости полета для этих самолетов составляли 360 км/ч для схемы биплан и 440 км/ч для схемы моноплан. Предельные углы атаки самолетов, характерные для прямых крыльев, составляли 14°.

Второе поколение маневренных боевых самолетов (1941-1945 гг.) имели винтомоторную силовую установку и следующие отличия от самолетов первого поколения:

- более высокую энерговооруженность (2,01 - 2,17);

- более совершенную аэродинамику;

- более мощное вооружение.

Все это привело к увеличению максималь­ной скорости полета до 580-740 км/ч.

Третье поколение маневренных боевых само­летов (1945-1970 гг.) относится к периоду научных достижений в развитии маневренной боевой авиации, в результате которых был осуществлен прорыв в сверхзвуковую зону скоростей полета. К этим фундаментальным достижениям относятся:

- создание турбореактивных двигателей;

- работы в области аэродинамики стреловидных, треугольных крыльев и крыльев умеренного удлинения.

Силовая установка таких самолетов состояла из двигателей ТРД с температурой газов Т_Г = 1250° К, удельной тягой 90 (кгс тяги, отнесенной к кг воздуха) и удельным весом 0,18 (вес, отнесенный к тяге двигателя). Основные технические параметры самолета, определяющие его маневренные характеристики, приведены ниже.

Тяговооруженность ............ 0,8

Эксплуатационная перегрузка..... 7...8

Допустимый угол атаки, ……. 1 6 °

Увеличение скоростей полета привело к необходимости создания необратимой бустерной системы управления с элементами автоматизации и к разработке катапультной системы спасения экипажа. В связи с ростом скорости полета конструкция планера выполнялась из легких алюминиевых сплавов. На этом же этапе произошли большие изменения в области систем вооружения, связанные с появлением ракетного вооружения и систем радиолокации.

Продвижение в область повышенных скоростей полета существенно усложнялось дозвуковой аэродинамикой самолета, поэтому в ЦАГИ была разработана теория стреловидного крыла, которая позволила обеспечить существенное снижение волнового сопротивления при сверхзвуковых скоростях.

Первым серийным сверхзвуковым самолетом отечественного производства стал самолет МиГ-19. Полет этого самолета с достижением числа М = 1,33 состоялся в 1954 году.

Четвертое поколение маневренных боевых самолетов (1970 - 1990 гг.) - попытка создания оптимального парка самолетов, обеспечивающих максимальную боевую эффективность при минимальных затратах. Проведенные исследования показали, что такой парк самолетов должен состоять примерно из 70% истребителей прикрытия и 30% истребителей, обеспечивающих глубокое проникновение за линию фронта. Поэтому проектирование самолетов четвертого поколения в нашей стране и за рубежом проводилось в двух направлениях:

- создание высокоманевренного самолета малой весовой размерности со сравнительно небольшой дальностью полета и вооружением, приспособленным к ведению боевых действий при поддержке с земли (истребитель прикрытия);

- создание истребителя увеличенной весовой размерности и большой дальности полета, способного вести автономные боевые действия над территорией противника (истребитель проникновения).

Однако в процессе проектирования к основному назначению самолетов, как истребителей завоевания воздушного превосходства, было добавлено применение их в ударном ва­рианте по наземным целям. В связи с требованием высокой маневренности были пересмотрены значения ряда основных параметров по аэродинамике и силовой установке: был расширен диапазон допустимых углов атаки, которые для серийных самолетов доведены до (25 - 30) ^o. Такой диапазон углов атаки потребовал проведения фундаментальных исследований в области отрывных и вихревых течений, в результате которых в аэродинамической компоновке появились новые элементы: наплывы крыла, механизация крыла на маневре, вихрегенераторы.

Увеличение тяговооруженности самолетов до (1,1-1,15) обусловило снижение потерь скорости при торможении на больших углах атаки из-за большого аэродинамического сопротивления. Рост тяговооруженности самолетов четвертого поколения произошел в связи со значительными изменениями в области силовых установок: переходом на двухконтурные двигатели с повышенными температурами в камере сгорания (1650 ^o К). Такие изменения в области газодинамики двигателей привели к снижению их удельного веса до 0,125.

Высокая располагаемая тяговооруженность и работы по совершенствованию аэродинамической компоновки на больших углах атаки привели к существенному росту установившихся и максимальных перегрузок. Для использования энергетических возможностей самолета, эксплуатационные перегрузки были доведены до 9g на дозвуковых скоростях за счет усиления конструкции самолета. Конструкция планера этих самолетов была выполнена из высокопрочных легких сплавов с применением композитов.

Для уменьшения балансировочных потерь, снижения аэродинамических нагрузок и улучшения устойчивости и управляемости по всем каналам, были созданы дистанционные системы управления. В этих системах управления широко использовались перекрестные связи между каналами, обеспечивающие необходимую реакцию самолета на управляющие действия летчика. На самолетах четвертого поколения был сделан существенный шаг в области систем управления вооружением. Были введены многоканальные системы управления вооружением, позволяющие проводить одновременные пуски ракет по нескольким целям. При проектировании этих самолетов не выдвигались требования малой заметности. В настоящее время проводятся мероприятия, обеспечивающие некоторое снижение эффективной отражающей поверхности за счет использования радиопоглощающих покрытий. Но даже применение таких покрытий не позволяет довести заметность самолетов до низкого уровня.

Пятое и шестое поколения боевых манев­ренных самолетов (1985 - 2010 гг.) можно отли­чить по аэродинамике и летно-техническим характеристикам, по бортовому оборудованию и вооружению, а также по заметности.

1) По аэродинамике и летно-техническим ха­рактеристикам:

а) увеличение зоны допустимых углов атаки, доступных для пилотирования строевыми летчиками, до 120°, что позволяет существенно ускорить процесс прицеливания на режимах сверхманевренности и динамических забросов по углу атаки (суперманевренность);

б) дальнейшее увеличение маневренности и разгонных характеристик за счет роста тяговооруженности до (1,2 - 1,3);

в) введение режимов сверхзвукового крейсерского полета для снижения потерь при преодолении систем ПВО и увеличения оперативности (для истребителей четвертого поколения характерны кратковременные сверхзвуковые режимы вследствие малой экономичности силовой установки на сверхзвуковых скоростях и несо­вершенства аэродинамической компоновки для этого диапазона скоростей);

г) обеспечение базирования самолетов на укороченной полосе за счет применения систем реверса тяги и поворота вектора тяги во время взлета и посадки;

д) снижение удельного веса двигателя до 0,1, повышение удельной тяги до (125 – 133) и температуры в камере сгорания до 1900 - 2000 °К.

е) снижение веса, возможное благодаря выполнению силовых элементов конструкции планера из композиционных материалов.

2) По бортовому оборудованию и вооружению:

а) наличие на борту вычислителей обеспечивающих взаимосвязанную работу всех систем самолета в реальном масштабе времени, благодаря применению мощной бортовой вычислительной машины (или двух) с быстродействием в несколько десятков миллиардов операций в секунду ;

б) использование всеракурсных систем вооружения "воздух - воздух", работающих при групповом взаимодействии с авиацией, находящейся в воздухе, и с наземными и воздушными центра­ми управления боевой обстановкой;

в) использование всеракурсных систем установки помех, встроенных в основные системы РЛС самолета за счет использования многофункциональных антенн с активной фазированной решеткой (AFAR);

г) применение высокоточного оружия "воздух-земля";

д) внутреннее размещение в отсеках самолета основ­ного варианта вооружения "воздух - воздух" и "воздух - земля", обеспечивающее сниже­ние заметности самолета без существенного ухудшения аэродинамических характеристик.

3) По заметности - всеракурсная незаметность самолета в радиолокационном и в инфракрасном диапазоне волн и доведение эффективной отражающей поверхности до уровня менее 0,1 м ². Обеспечивающей проникновение через системы ПВО противника со сниженными потерями.

Краткий перечень приведенных выше отличий пятого поколения самолетов показывает, какой объем исследований необходимо было провести для получения и практической реализации этих характеристик. Фундаментальные исследования проводились в областях вычислительной техники и про­граммного обеспечения, электроники, различных способах снижения заметности планера, отрывных течениях потока на больших углах атаки, газодинамики силовой установки, создания и применения новых материалов. Такой объем исследований потребовал очень крупных финансовых затрат. По данным зарубежных источников затраты на разработку самолета пятого поколения F-22 для ВВС США составили 18,7 млрд. долларов.

Данные об этапах развития маневренных боевых самолетов приведены в таблице 1.3.1.