Авиация и космонавтика 2013 01

Естественно, вопросы аэродинамической компоновки решались в тесной связи с отделом аэродинамики. От 2-го отдела в работе принимала участие бригада аэродинамической компоновки (начальник бригады Л.Г. Чернов и ведущий конструктор Г.Л. Михайлова). С Л.Г. Черновым О.С. Самойлович близко познакомился еще во время совместных работ по самолету Т-4. По указанию И.Е. Баславского, Л.Г Чернов в отделе аэродинамики занимался перспективными исследованиями и, в связи с этим, имел тесные контакты со многими ведущими специалистами профильных НИИ: ЦАГИ, Сиб.НИА и Институтом прикладной математики АН СССР. В результате, по просьбе Олега Сергеевича, он занялся сбором материалов по особенностям компоновки F-15 и формированием собственного «пакета» предложений по аэродинамической компоновке истребителя.

Модель первого варианта Т-10, 1970 год

Проблемы в этой области предвиделись серьезные. Исходя из имевшейся на тот момент информации, было известно, что одним из важнейших требований ВВС США к истребителю F-15, является условие существенного улучшения маневренных характеристик. Согласно опубликованным в 1969 г. данным, для F-15 требовалось обеспечить: тяговооруженность больше 1,0; кратковременную скорость на высоте 18300 м – М=2,5, установившуюся скорость горизонтального полета М=2,2 и в 2 раза меньший радиус разворота по сравнению с базовым истребителем F-4 «Phantom II». Этого можно было добиться путем обеспечения больших значений располагаемой перегрузки и тяговооруженности на маневре, а с точки зрения аэродинамики это означало практическую необходимость существенного повышения значений коэффициента подъемной силы Судоп и снижения сопротивления Схо. В ОКБ в этом отдавали себе ясный отчет не только аэродинамики, но и конструкторы-проектировщики: по воспоминаниям Л.Г. Чернова, О.С. Самойлович, очевидно памятуя о тех сложностях, с которыми пришлось столкнуться при отработке аэродинамической компоновки Т-6 (Су-24), в разговоре по поводу Т-10 выразился в том плане, что «Теперь мы все подчиним требованиям аэродинамики, а не технологии».

Исходя из постановки задачи, отечественный перспективный истребитель должен был успешно вести маневренный воздушный бой против F-15. Эта задача существенно осложнялась уже упоминавшимся выше обстоятельством – сложностью обеспечения заданных весовых характеристик отечественного самолета в связи с тем, что отечественное БРЭО имело значительно большие массово-габаритные характеристики. Единственно возможным решением этой проблемы была разработка самолета с новой компоновкой, обладающей существенно лучшими аэродинамическими характеристиками в заданной области скоростей и углов атаки. Такими новыми решениями на Т-10 стали: в плане общей аэродинамической схемы – применение на самолете интегральной компоновки и синусоидального (оживального) крыла переменной стреловидности с корневым наплывом, а в плане местной аэродинамики – применение на крыле острых профилей, деформации срединной поверхности и фиксированного отгиба носка; а также переменной по размаху относительной толщины профиля и геометрической крутки крыла, предложенные для реализации Л.Г. Черновым. Кроме этого, дополнительный выигрыш пытались получить за счет применения на крыле т.н. «законцовки Кюхемана».

С точки зрения аэродинамики, основная идея интегральной компоновки заключалась в том, чтобы получить близкое к оптимальному, эллиптическому, распределение циркуляции по размаху крыла, что должно было обеспечить минимальное индуктивное сопротивление. Кроме этого, при условии равенства внутренних объемов, интегральная компоновка обеспечивала меньшую величину омываемых поверхностей, а, значит, и меньшую величину сопротивления. За счет деформации срединной поверхности пытались добиться улучшения несущих свойств, в первую очередь – увеличения Ктах. Отгиб носка применялся для того, чтобы улучшить характеристики острого профиля крыла на крейсерских режимах полета на дозвуке, а уменьшение относительной толщины профиля на концевых сечениях крыла (при сохранении эквивалентной относительной толщины по размаху) – для снижения волнового сопротивления.

Часть из этих предложений уже была в той или иной степени апробирована либо в трубных испытаниях, либо даже в летном эксперименте, и механизм их воздействия на улучшение аэродинамики был частично изучен. К примеру, корневой наплыв и острый профиль крыла, а также отгиб носков крыла были испытаны в ЛИИ на ЛЛ «100Л» (на базе Су-9) в рамках работ по теме Т-4. Выяснилось, что острый профиль вкупе с наплывом и отгибом носков крыла существенно улучшает характеристики обтекания на больших углах атаки, обеспечивая затягивание срыва до больших углов атаки.

Но в целом, следует оговориться, что многие из найденных в ОКБ решений были выбраны на этом этапе работ чисто интуитивно, и не имели под собой серьезного теоретического обоснования. Это относилось, в первую очередь, к корневому наплыву, роль и значение которого в аэродинамической компоновке истребителя, на тот момент были не совсем ясны. К примеру, на самолете Т-4 он внедрялся лишь как средство для компенсации смещения фокуса при переходе через сверхзвук, при этом считалось, что влияние наплыва на повышение подъемной силы крыла «чисто механическое», т.е. предполагалось, что подъемная сила повышается только за счет увеличения суммарной площади несущей поверхности крыла. На практике же оказалось, что наиболее существенный вклад наплыва – из-за осуществления вихревого обтекания крыла. Конечно, в ходе исследований на ЛЛ «100Л» было выявлено существенное улучшение несущих свойств крыла, оснащенного наплывом, на больших углах атаки, но, во-первых, наплыв на «100Л» был слишком мал по «удельным» показателям (по площади в соотношении с базовым крылом, по углу «перелома» стреловидности), а во вторых, сама программа испытаний носила довольно ограниченный характер и не выявила всех особенностей новой компоновки.

В результате, по поводу некоторых предложенных компоновочных решений требовались серьезные исследования совместно с отраслевыми институтами промышленности. Л.Г. Чернов вспоминал, что на одном из первых совещаний, посвященных компоновке Т-10, Павел Осипович, обращаясь ко всем присутствующим, резюмировал: «Корневой наплыв – в этом что-то есть», и далее, обращаясь конкретно к главному аэродинамику фирмы И.Е. Баславскому, заметил: «Этим нужно заняться самым серьезным образом!». Это поручение П.О. Сухого было принято к неукоснительному исполнению: аэродинамики ОКБ в содружестве с отраслевыми научными центрами широким фронтом развернули работы по изучению особенностей выбранной аэродинамической компоновки.

ЛЛ «100Л-2» на базе Су-9, предназначенная для отработки аэродинамики самолета Т-4

Схема спектров обтекания крыла ЛЛ «100Л-2» на одном из углов атаки

Следует заметить, что с руководством ЦАГИ у П.О. Сухого всегда были нормальные рабочие взаимоотношения. Тематика исследований по перспективному истребителю не стала исключением из правил: уже весной 1970 года, т.е. 8 самом начале работ по Су-27, по приглашению П О. Сухого в ОКБ приехали начальник ЦАГИ Г.П. Свищев и его первый заместитель Г.С. Бюшгенс. На состоявшемся совещании со стороны ОКБ присутствовали проектировщики (О.С. Самойлович, В.И. Антонов) и аэродинамики (И.Е. Баславский, Л.Г. Чернов). Павел Осипович продемонстрировал руководству ЦАГИ предварительные проработки по интегральной компоновке Т-10 и обратился с предложением о совместном проведении работ по данной теме, сопроводив это предложение замечанием: «Это нужно и нам, и Вам». Предложение было принято, и вскоре был разработан обширный план совместных работ, который начали последовательно претворять в жизнь. Совместные совещания и консультации со специалистами ЦАГИ и в дальнейшем стали постоянными.

Одним из важных решений стал выбор базового профиля крыла. К нему предъявлялись довольно противоречивые требования: с одной стороны, необходимо было обеспечить высокий уровень Судоп и максимального качества Ктах на дозвуке, а с другой стороны – приемлемые скоростные характеристики на сверхзвуке. Поэтому, как и все остальные решения, выбор профиля неизбежно нес в себе элементы компромисса. После совместного обсуждения проблемы, специалисты ЦАГИ согласились с предложением ОКБ об использовании на Т-10 острых профилей и предложили для реализации профиль «П-44», сравнительно недавно отработанный в институте группой ученых во главе с Я.М. Серебрийским. От ранее использовавшихся профилей он отличался более заостренной носовой частью с меньшим радиусом скругления, и, значит, обещал, улучшение характеристик на сверхзвуке. В компоновочном плане для Т-10 в ЦАГИ предлагали использовать трапециевидное крыло умеренной стреловидности с механизацией передней и задней кромки Но специалистам ОКБ было важно оценить правильность собственных предложений по аэродинамической компоновке, поэтому был выбран вариант оживального крыла с фиксированным углом отгиба носка.

Другим важным вопросом для интегральной компоновки являлся выбор схемы и параметров входных и выходных устройств двигателей и их размещение на самолете. К примеру, для обеспечения минимальных потерь во входном тракте очень важно было правильно выбрать место установки воздухозаборников по отношению к передней кромке наплыва, а для исключения взаимовлияния заборников друг на друга и минимизации интерференционных потерь от размещения гондол под несущим корпусом – величину разноса воздухозаборников и мотогондол по размаху крыла. Сходные задачи решались и при компоновке выходных устройств, при этом, для минимизации потерь эффективной тяги оптимизировалось место размещения, форма, и схема регулирования сопел двигателей. В ОКБ это направление работ традиционно возглавлял И.Б. Мовчановский, в то время – начальник одной из бригад отдела аэродинамики. Он и специалисты его бригады З.Е. Ботвинник и К.М. Шейнман своими рекомендациями внесли существенный вклад в формирование оптимальных характеристик интегральной схемы самолета.

В целом, при проведении работ по теме Т-10, 1970 год стал для ОКБ временем формирования концепции нового истребителя. О С. Самойлович, который получил от П.О. Сухого соответствующие полномочия, неоднократно устраивал по этому поводу совещания, на которые приглашал в качестве экспертов ведущих специалистов из 30 ЦНИИ МО, НТК ВВС и НИИАС. На них обсуждались различные вопросы по облику будущего перспективного истребителя. К работам постепенно привлекался и все более широкий круг конструкторов ОКБ, в том числе, и из других отделов, но пока, в основном, в качестве консультантов по тем или иным вопросам. В результате, к моменту, когда в марте 1971 ОКБ было дано официальное задание на разработку аванпроекта ПФИ, ОКБ пришло «не с пустыми руками».