Главной задачей, которая будет стоять перед конструкторами, является соблюдение норм охраны окружающей среды, снижение уровня шума, решение проблем, связанных с преодолением самолетами звукового барьера.
Пока же история повторяется. Пока эта книга готовилась к печати, крупнейший в мире авиационный концерн «Боинг» объявил об отказе от планов создания сверхзвукового пассажирского самолета «Соник Крузер». По словам представителя корпорации, основная причина тому — падение спроса на подобные машины.
Для тех же, кто действительно спешит, у кого время на вес золота, конструкторы могут предложить сверхзвуковые самолеты бизнес-класса или, как их еще называют, служебные авиалайнеры. Их типичным представителем может, например, послужить авиалайнер «Гольфстрим», над которым совместно работают американские и российские специалисты из ОКБ имени П. О. Сухого. Этот самолет вмещает не сотни, а всего 30–40 пассажиров, которых он способен доставить, скажем, из Москвы в Токио или из Лондона в Нью-Йорк со скоростью не менее 2000 км/ч всего за 3–4 часа. Такой самолет намного тише и экономичнее полномасштабного авиалайнера, на него можно поставить менее мощные, а значит, и более экономичные двигатели.
В США и Европе в последние годы родилось немало проектов таких небольших сверхзвуковиков, которые сейчас находятся на разных этапах реализации. Впрочем, все эти проекты, при всей их оригинальности, объединяет одно: новые самолеты подозрительно похожи на «подросшие» истребители Су-27 или F-15, либо напоминают сильно «усохшие» «Конкорды» и Ту-144.
Между тем есть один такой проект, который уже внешне выбивается из общего ряда. Американская корпорация Aerion проектирует необычную 12-местную машину под названием Aerion SB J, то есть «сверхзвуковой реактивный самолет бизнес-класса от Aerion».
В облике этого самолета обращает на себя внимание прямое крыло (ромбовидное, если быть точнее) и такое же прямое оперение. Кажется, что такая машина едва ли будет особенно быстра и тем более экономична — по сравнению с самолетами, похожими на истребители. Но впечатление это обманчиво.
Свою аэродинамическую схему и технологию крыла компания называет «сверхзвуковой естественный поток» (Supersonic Natural Flow — NLF). Внешнее сходство нового самолета с канувшим в Лету истребителем F-104 (который заслужил прозвище «летающий гроб» за капризное поведение, стоившее многих жизней летчиков) ничего не значит — аэродинамика крыла Aerion совершенно новая.
Длина Aerion SBJ составляет 44,15 м, а размах крыла — 19,8 м. Самое главное конкурентное преимущество Aerion SBJ (по заверениям разработчиков) — он обещает быть тихим сверхзвуковым самолетом, не создающим никакого звукового удара на земле до скорости 1,1 М (то есть 1,1 скорости звука). Это открывает машине дорогу в широкую эксплуатацию без того, чтобы увязнуть в разнообразных согласованиях и разрешениях от властей стран, над которыми должен проходить маршрут.
При полете над океанами самолет разгонится до 1,6 М. Кстати, даже на этой скорости сила звукового удара должна быть несколько ниже, чем от куда меньших по размеру сверхзвуковых истребителей, и намного меньше, чем от «Конкорда».
Посадочная скорость Aerion SBJ, по расчетам, должна быть 237 км/ч, что позволит машине садиться на полосах длиной всего 1,5 км. Разбег машины составит примерно 1,8 км, что также очень неплохо для сверхзвуковой машины.
Есть и еще один примечательный момент. Одна из главных причин, по которой сверхзвуковые лайнеры не вытеснили из эксплуатации обычные аэробусы, — это стоимость билета. По мнению же создателей Aerion, «наш сверхзвуковой полет обойдется пассажиру не дороже, а даже дешевле, чем рейс на существующих реактивных дозвуковых 10–20-местных самолетах».
ЭКЗОТИКА АВИАЦИИ
Самолет с косым крылом
Еще в 40-х годах прошлого столетия аэродинамики выяснили, что самолет с несимметричным, косым крылом может оказаться лучшей формой машины для сверхзвукового полета. С тех пор аэродинамики время от времени экспериментируют с подобными конструкциями, надеясь, что они в конце концов превзойдут традиционные.
Подобные эксперименты в 70-е годы XX века привели к появлению самолетов с крыльями переменной стреловидности. Классическим примером такой конструкции можно назвать, пожалуй, самолет Ту-160. При взлете и посадке концы его плоскостей оттопырены, обеспечивая самолету нужную подъемную силу на небольшой скорости. Но как только он наберет скорость, крылья плотно прижимаются к фюзеляжу.
Однако недостатком такого аппарата является сложность конструкции поворотного крыла, заметно снижающая надежность и удорожающая стоимость машины.
Тогда конструкторы попробовали упростить поворотный узел, сделав крыло цельным и поворачивающимся как бы на центральном шкворне. На малой скорости оно располагается перпендикулярно потоку, а на сверхзвуке будет вставать диагонально — одна половина крыла отклонится назад, а вторая, соответственно, вперед.
Как показали продувки, аэродинамика такой системы весьма интересна для практике. Тогда в конце 70-х годов этой темой вплотную занялось NASA а точнее два его исследовательских центра — Эймса (Ames Research Center) и Драйдена (Dryden Flight Research Center).
Инженер центра Эймса Роберт Джонс показал, что косое крыло может дать двукратный выигрыш в экономичности самолета нормального размера по сравнению с обычным стреловидным крылом на скоростях до 1,4 скорости звука. Его расчеты подтвердились в 1979 году, когда был построен Ames-Dryden-1 (AD-1) — экспериментальный пилотируемый турбореактивный самолет с косым крылом. Его крыло могло занимать перпендикулярное положение на взлете и поворачивалось на угол до 60 градусов в крейсерском полете при скорости порядка 270 км/ч.
До 1982 года эта машина поднималась в воздух около 80 раз, показав неплохие летные качества. Заодно, впрочем, выявились и некоторые проблемы; так, например, асимметричный летательный аппарат требовал особого управления. Похоже, что пилотирование такой машины лучше поручить не пилоту, а компьютеру, в который будет заложена соответствующая программа управления.
Ныне эту мысль намерено довести до стадии практической реализации оборонное агентство Пентагона DARPA. Его проект — «Автоматический (раскладной) нож» (Switchblade), он же «Косое летающее крыло» (OFW) — представляет собой самолет-крыло, без каких-либо выступающих частей, килей, фюзеляжа, кабины или подвешенных снаружи двигателей. Но при этом крыло, способное менять угол между собой и направлением полета. А это значит, что его двигатели должны иметь управляемый вектор тяги, а их воздухозаборники должны хорошо работать в широчайшем диапазоне углов набегающего потока.
Масштабный демонстратор Switchblade по плану должен взлететь в 2010 году. DARPA полагает, что такая беспилотная машина, с ее сочетанием огромной максимальной скорости и завидной экономичности, могла бы стать идеальным дальним разведчиком. Ну а там, глядишь, дело дойдет и до создания сверхзвуковых авиалайнеров такой конфигурации.
Эксперименты с обратной стреловидностью
Незаметно мелькнула дата: 7 сентября 1997 года в США совершил первый полет предсерийный истребитель пятого поколения F-22 «Раптор». А спустя две с небольшим недели, 25 сентября 1997 года, с летного поля ЛИИ имени М. М. Громова поднялся в небо самолет С-37, разработанный в ОКБ Сухого и ведомый старшим летчиком-испытателем фирмы Игорем Вотинцевым. Он был представлен как прототип российского истребителя пятого поколения.
С той поры прошел десяток лет, но серийными машинами ни наш, ни американский самолеты до сих пор не стали. Почему?
Попытка ответить на этот вопрос неизбежно приведет нас к заключению, что попытки построить летательный аппарат с обратной стреловидностью крыла опять-таки далеко не новы.
Впервые скошенное вперед крыло можно встретить еще в экспериментальных аппаратах немецких конструкторов 40-х годов прошлого века.
Так самолет Юнкере Ju287 представлял собой тяжелый реактивный бомбардировщик, который по замыслу его создателей должен был по скорости превзойти тогдашние истребители и то же время мог заходить на посадку, совершать маневры на малой скорости.
Первый образец этого самолета с четырьмя двигателями Юмо004В, которым на взлете должны были помогать подвесные ракетные ускорители «Вальтер-501», совершил свой взлет 16 августа 1944 года.
По техзаданию самолет этот должен был развивать скорость порядка 1000 км/ч, однако ни в первом полете, ни в последующих таких показателей достичь не удалось. А вскоре полеты были и вообще прекращены.
Виной тому отчасти были весьма капризные реактивные двигатели того времени, отчасти тот факт, что крылья необычной формы и повели себя в полете довольно странно — у них обнаружилась некая тенденция к скручиванию, что потребовало повышения жесткости всей конструкции.
Тем не менее работы на том не остановились. Еще одним экспериментальным летательным аппаратом с крылом обратной стреловидности оказался реактивный истребитель Р209.02 конструкторов Блома и Фосса.
Однако и эта конструкция ввиду скорого окончания войны не была доведена до конца. А документация по обеим машинам вместе с оборудованием, частью специалистов (в том числе и главным конструктором проекта Гансом Боке) и вторым экземпляром Ju287 оказались в СССР.
Впрочем, и американцам кое-что из военных трофеев тоже перепало.
И конструкторы по обе стороны океана принялись доводить новинку до ума. У нас для этой цели были использованы кадры ОКБ-1 и ОКБ Цыбина, базировавшееся в Подмосковье.
В 1947 году работа была в целом закончена, и в небо с аэродрома Л ИИ в Жуковском поднялся сначала опытный шестимоторный ЕФ-131, а вслед за ним и экспериментальный ЛЛ-3 — сверхзвуковой планер, созданный в ОКБ Цыбина. Оба летательных аппарата прошли программу испытаний, но на том, по существу, все дело и кончилось.
Американцы же вообще не «взлетели» с чертежной доски, хотя в 1945 году в НАСА были представлены проекты реактивного бомбардировщика ХВ-53 компании «Конвэйр» и D-558–1 компании «Дуглас».
Правда, в 1948 году в аэродинамической трубе НАСА была проведена серия испытаний самолета Х-1, оснащенного ракетным двигателем и крылом обратной стреловидности.
Но и здесь расчеты, подтвержденные экспериментами, показали, что основной проблемой такого крыла является его коробление, резко уменьшавшее летные характеристики и могущее привести даже к катастрофе.
Проблему эту решали добрых три десятка лет. И лишь после того как в авиации на смену алюминиевым и титановым сплавам стали приходить композитные материалы, в небо поднялся первый американский сверхзвуковой самолет Х-29А, обладавший хорошей управляемостью на малых скоростях. Носовая часть этого аппарата была позаимствована у истребителя F-5A компании «Нортроп». К нему добавили крылья из углепластика, хвостовой стабилизатор, а также дополнительные передние короткие крылышки, служившие для стабилизации самолета в полете.
Оснащенный турбовентиляторным двигателем GEF404 с тягой более 7000 кгс, самолет взлетел 14 декабря 1984 года с аэродрома авиабазы Эдварде в Калифорнии. И вскоре смог показать скорость 1,6 М.
Для того чтобы избежать скручивания крыла при перегрузках, которые возникали в ходе поворотов и прочих маневров на крыло, пришлось поставить особо прочный слоистый пластик и следить за его поведением в ходе испытаний. Впрочем, материаловеды не подвели конструкторов, и за 4 года полетов первого самолета, в ходе которых было совершено 254 вылета, не было зарегистрировано ни одной нештатной ситуации.
На основе полученного опыта в 1985 году руководство «Грумман» предложило Пентагону проект серийного истребителя нового поколения с крылом обратной стреловидности. Однако военные все же предпочли новинки самолет традиционной схемы, получивший обозначение F-22.
Американские военные почему-то считали, что у подобных летательных аппаратов вообще нет никаких перспектив. Но тут на выручку американским новаторам, сами того не подозревая, пришли советские конструкторы. Спутник-шпион засек летательный аппарат с характерным расположением крыльев под углом вперед на аэродроме Саки в Крыму. То был экспериментальный самолет ОКБ Сухого, который позднее получил название Су-32/7.
Однако кончина П. О. Сухого, а затем и финансовые затруднения СССР, приведшие в конце концов к развалу страны, стали основной причиной того, что самолет, спроектированный еще в 80-е годы, был построен в единственном экземпляре лишь в конце 90-х годов XX века.
Сначала его называли С-37, потом переименовали в Су-47, добавили звучное имя «Беркут» и с помпой продемонстрировали на очередном международном авиационно-космическом салоне в Жуковском.
Однако дальше дело так и не пошло. Самолет стал лишь летающей лабораторией по отработке различных технических и технологических решений, которые по идее должны быть реализованы в серийном истребителе пятого поколения.
Как отмечает главный конструктор Су-47 Сергей Короткое, крыло с обратной стреловидностью позволило реализовать большие маневренные характеристики по сравнению с обычным крылом. Отличительными особенностями конструкции Су-47 является также широкое применение композиционных материалов, смешанных конструкций с применением композиционных и металлических элементов. Доля композитов в конструкции Су-47 составляет около 35 %.
Тем временем на Западе тоже не теряют время даром. В то же время Пока шло конструирование, изготовление и испытания «Беркута», Управление по проведению исследований оборонного значения Великобритании проводило оценку исследовательских работ, сделанных по его заказу.
В ходе своих исследований британцы разработали дополнительные средства, которые могут улучшить аэродинамические характеристики самолета с обратной стреловидностью и уменьшить его заметность на экране радара. В частности, предложены подвижные кромки крыла, V-образная форма воздухозаборников и другие новшества.
По их мнению, полностью подвижные кромки крыла улучшают его механизацию и управляемость самолета. «При грамотно составленной программе управления полетом можно добиться, что с увеличением угла атаки концы плоскостей будут отклоняться вниз, препятствуя срыву воздушного потока с плоскости», — утверждают конструкторы. Кроме того, крыло типа «чайка» позволяет скрыть от радаров противника подвешенные под крылом ракеты и бомбы, уменьшая тем самым общую радиозаметность самолета.
Подобные самолеты западные специалисты, как и наши, предназначают прежде всего для палубной авиации. Только вот беда: пока идут столь длительные доводки истребителей пятого поколения, может оказаться, что надобность в них практически отпадет. И в воздух поднимутся летательные аппараты шестого поколения, на которых вообще не будет пилотской кабины.
А у беспилотных летательных аппаратов совсем иная стратегия применения. И понадобится ли им крыло обратной стреловидности, еще вопрос. Так что, возможно, «Беркут» и его коллеги так и останутся в истории авиации своего рода экзотикой, рекордсменами своего времени.
В полете — «ЭКИП»…
В нашей стране вот уже второй десяток лет создается принципиально новый летательный аппарат, которому для приземления и взлета не требуются дорогостоящие бетонные взлетно-посадочные полосы.
Между тем современные самолеты, как уже говорилось, все тяжелеют. «Антей», к примеру, берет на борт 80 т груза, но и сам весит 450 т. Эксплуатация таких гигантов связана с немалыми трудностями. Их колеса оказывают столь большое удельное давление на грунт, что взлетно-посадочные полосы приходится покрывать слоем прочнейшего бетона, толщина которого приближается к метру.