Столетняя история «летающего крыла»
Шрифт:
Первый в мире реактивный самолет с треугольным крылом XF-92A.
"Мы обнаружили, что самолет с дельтовидным крылом очень плавно переходит от дозвуковой к сверхзвуковой скорости. Самолеты F-94 с прямым крылом и F-86 со стреловидным крылом также испытывались в этом диапазоне скоростей. Оказалось, однако, что на них имела место сильная тряска и они хуже подчинялись управлению. F-92 не имел подобных недостатков. Было ясно, что он неплохо покажет себя на сверхзвуковой скорости. К тому же он имел меньшую нагрузку на крыло, благодаря чему увеличивался его практический потолок."[12]
Последний полет XF-92A состоялся 14 октября 1953 г. При посадке сложилась передняя стойка шасси и был поврежден фюзеляж. Так как "бесхвостка" уже выполнила программу испытаний,
DM-1
XF-92A
F-102A
XF2Y-1
В-58
F-106A
Всего на XF-92A было совершено 118 полетов общей продолжительностью 62 часа. В выводах по испытаниям указывалось, что устойчивость и управляемость самолета, в целом, удовлетворительные, а прирост аэродинамического сопротивления на околозвуковых скоростях меньше, чем на летательных аппаратах обычной схемы.[13]
Отмеченные испытателями достоинства "бесхвостки" с треугольным крылом малого удлинения делали очень заманчивым применение этой схемы на сверхзвуковом истребителе-перехватчике. Неудивительно поэтому, что когда испытания XF-92A были еще в самом разгаре, конструкторы фирмы Конвэр уже занимались созданием такого самолета.
Контракт с ВВС на разработку сверхзвукового истребителя-перехватчика Конвэр F-102 "Дельта Деггер" ("Треугольный кинжал") был заключен в 1951 г. Это должен был быть самолет, способный противостоять новому поколению советских реактивных бомбардировщиков. Требовалось, чтобы он имел потолок более 16000 м, скорость М= 1,23 на высоте 10670 м и мог действовать при любых погодных условиях как днем, так и ночью. Начало поставок самолета на вооружение намечалось на 1954 г.
За основу боевой машины был взят XF-92. Истребитель имел такие же по форме крыло и киль. Однако вместо одного лобового воздухозаборника двигателя на F-102 применили два, по бокам фюзеляжа. В заостренной носовой части фюзеляжа установили радиолокатор. Для уменьшения аэродинамического сопротивления крыло сделали еще более тонким: теперь его относительная толщина составляла 5% у основания и 4% у концов. Из-за очень малой высоты профиля качалки рулей пришлось вынести за обводы нижней поверхности крыла и закрыть обтекателями. Для борьбы с перетеканием потока по размаху сверху на крыле установили аэродинамические гребни.
Управление рулями осуществлялось с помощью привычных уже гидроусилителей. Для улучшения динамической устойчивости (в частности — для устранения "голландского шага") применялись демпферы колебаний, автоматически отклоняющие рули для выдерживания прямолинейной траектории по командам бортовой гироскопической системы автостабилизации. Такие устройства получили затем самое широкое распространение в сверхзвуковой авиации.
В процессе проектирования выяснилось, что вес F-102 заметно превысит расчетный. Во многом это было связано с насыщенностью самолета радиоэлектронным оборудованием, а весило оно в те годы немало: только одна система управления огнем Хьюз MG-10 "потянула" на 770 кг. Попытка сэкономить вес за счет применения в некоторых местах фюзеляжа титановых сплавов и использования при изготовлении рулей и законцовок крыла так называемых "сотовых конструкций" (обшивка наклеивается на мелкие ячейки из алюминиевой фольги, напоминающие по форме пчелиные соты) не позволила полностью решить проблему. В конце концов пришлось пойти на замену двигателя Вестинхауз J-40, под который проектировался самолет, более тяжелым, но и более мощным ТРД Пратт-Уитни J-57. С этим двигателем подготовленный к полету самолет весил 11700 кг — почти вдвое больше, чем XF-92A.
Опытный экземпляр истребителя имел обозначение YF-102. Его первый полет состоялся 24 октября 1953 г. с базы ВВС Эдвардс. А всего через неделю, в седьмом полете, самолет разбился из-за отказа двигателя при взлете.
11 января следующего года начались полеты второго YF-102, одновременно велась подготовка к выпуску первой партии серийных машин. Однако результаты испытаний опытного самолета оказались неважные. Ф.Эверест вспоминает:
"Вскоре после
того, как в мае 1953 года были начаты испытания нового самолета серии "Сенчури" F-100, производимого фирмой Норт Америкен, в Эдвардс для проведения испытания первого этапа прибыл новый самолет F-102 фирмы "Конвэр". Летчик-испытатель Дик Джонсон был моим хорошим другом. Уволившись из ВВС, он работал главным летчиком-испытателем фирмы "Конвэр". Я сопровождал Джонсона [на другом самолете — Д.С.] во время его первых полетов, когда он определял устойчивость и управляемость F-102. После того как обнаруженные нами недостатки были устранены, мы снова поднялись в воздух с целью достичь сверхзвуковой скорости в горизонтальном полете. К нашему удивлению, самолет не смог достичь скорости звука. Это было большим разочарованием как для ВВС, так и для командования ПBO, ибо они рассчитывали, что F-102 станет тем самым сверхзвуковым всепогодным перехватчиком, который был так необходим.Истребитель Конвэр F-102 до (а) и после (б) модификации.
То, что новый перехватчик с дельтавидным крылом не достиг расчетной скорости, было серьезным ударом как для ВВС, так и для фирмы-изготовителя. Пока в ВВС рассматривался вопрос о целесообразности продолжения работы над F-102, производство его было прекращено. Национальный консультативный комитет по вопросам авиации, участвовавший в рассмотрении проекта самолета и неоднократно утверждавший, что F-102 не сможет достичь сверхзвуковой скорости, оказался прав. Было очевидно, что если F-102 по своим летным данным не смог превзойти истребитель F-86D, который он должен был заменить, то нет смысла продолжать над ним работу.
Однако, к счастью для многих, F-102 был спасен. Инженер вышеупомянутого комитета Ричард Уиткомб провел ряд испытаний самолета в аэродинамической трубе, в результате чего была изменена форма его фюзеляжа. Уиткомб обнаружил, что самолет, имеющий суженное сечение фюзеляжа в местах пристыковки крыльев, будет иметь меньшее лобовое сопротивление и, следовательно, большую скорость. Это особенно относится к такому самолету, как F-102, у которого массивное дельтавидное крыло значительно увеличивало лобовое сопротивление."[14]
Идея, выдвинутая Р.Уиткомбом, получила название "правила площадей". Впоследствии она нашла воплощение в конструкции большинства сверхзвуковых самолетов. Применительно же к F-102 "правило площадей" позволило на 20% снизить сопротивление самолета при М=1. Еще 10% выигрыша дало удлинение более чем на три метра передней части фюзеляжа и изменение формы фонаря кабины.[15]
В процессе модификации для улучшения срывных характеристик была применена коническая крутка крыла, т.е. постепенно увеличивающийся от основания к концам отгиб передней кромки вниз. В результате наиболее подверженные срыву концевые части крыла теперь рассекали воздух под меньшим углом атаки, а это снизило опасность потери эффективности элевонов. Кроме этого, коническая крутка передней кромки так меняла распределение подъемной силы по размаху, что индуктивное сопротивление крыла на дозвуковых скоростях становилось меньше.
Доработки заняли около четырех месяцев. Новому, аэродинамически "облагороженному" варианту самолета дали обозначение F-102A. 20 декабря 1954 г. он впервые поднялся в воздух, а уже на следующий день преодолел в горизонтальном полете на высоте 10000 м заветный "звуковой барьер". Его максимальная скорость составила 1295 км/ч (М= 1,22), практический потолок — 16150 м.
Серийный F-102A.
Нa этот раз характеристики перехватчика соответствовали требованием военных и было принято решение начать его серийное производство. С июня 1955 г. по октябрь 1958 г. на заводе фирмы Конвэр в Сан-Диего выпустили около 1000 F-102A, из них 111 — в двухместном тренировочном варианте TF-102A. Это был первый в истории авиации самолет с треугольным крылом, принятый на вооружение, и первая в мире сверхзвуковая "бесхвостка".
На протяжении нескольких лет F-102 составлял основу авиационных частей ПВО США. В соответствии с господствующими в те годы взглядами на применение авиации он не имел пушечного вооружения и нес только реактивные снаряды: 6 управляемых (УРС), расположенных в специальном отсеке за кабиной, и 12 неуправляемых (НУРС). Система наведения и управления огнем была самой современной. После взлета и вплоть до сближения с целью на расстояние 30 км управление самолетом осуществлялось с помощью наземной станции наведения. После этого самолет "вела" бортовая система наведения. На расчетной дистанции автоматически производился залп ракетными снарядами. Управление машиной при возвращении на базу также осуществлялось с помощью наземной станции. Таким образом, в течение большей части полета на перехват противника функции летчика сводились, в основном, к наблюдению за правильностью работы автоматических устройств.