Столетняя история «летающего крыла»

В конце 60-х — начале 70-х годов в СССР также велись работы по созданию "трехмахового" боевого самолета-"бесхвостки". Речь идет о проекте стратегического многоцелевого ударно-разведывательного самолета ОКБ П.О.Сухого Т-4МС ("200") со взлетным весом 170 т и расчетной дальностью полета 16000 км. Он должен был действовать на высокой скорости как с больших (11 — 18 км), так и с предельно малых высот. Замысел не был реализован, но с технической точки зрения он настолько интересен, что о нем нельзя не рассказать. Вспоминает один из авторов проекта, Олег Сергеевич Самойлович:

Так, согласно проекту, выглядел бы в полете ракетоносец Т-4МС.

"Аванпроект самолета Т-4МС разрабатывался по конкурсу, проводимому между конструкторскими бюро П.О.Сухого, А.Н.Туполева и В.М.Мясищева во исполнении Постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 28.11.1967 г. В качестве первоначального варианта самолета в КБ Сухого рассматривалась возможность воспроизводства в увеличенном масштабе двухрежимного дальнего самолета-ракетоносца Т-4М схемы "утка" с крылом изменяемой стреловидности (модификация сверхзвукового самолета-ракетоносца с крылом типа "двойная дельта" Т-4). Однако проведенные проработки показали, что прямое масштабное изменение самолета Т-4М приводит к резкому росту габаритов и веса самолета и невозможности размещения всей заданной номенклатуры вооружения. Стало ясно, что нужно искать новые варианты аэродинамической компоновки самолета.

Окончательным вариантом компоновки, принятым в аванпроекте, явилась схема типа "летающее крыло" малого удлинения, оснащенное поворотными консолями малой (по отношению к несущему корпусу) площади.

Компоновочная схема была разработана ведущим конструктором Л.И.Бондаренко под руководством начальника отдела проектов О.С.Самойловича и главного конструктора Н.С.Чернякова.

Профиль несущего корпуса с относительной толщиной 6% имел деформацию срединной поверхности и геометрическую крутку, обеспечивающую самобалансировку самолета на скорости полета М = 3. Деформация и крутка распространялись и на поворотные консоли, имевшие переменную по размаху толщину — от 11% до 7%.

Фюзеляж, как таковой, на самолете отсутствовал, строительные высоты обеспечивали нормальное размещение кабины экипажа и отсеков вооружения внутри несущего корпуса.

Поворотные консоли имели предкрылки и поворотные закрылки, расположенные по всему размаху консолей.

Балансировка и управление самолетом в продольном канале осуществлялись рулями высоты, расположенными на задней кромке несущего корпуса между мотогондолами. Для создания дополнительного кабрирующего момента при отклоненных закрылках на режимах взлета и посадки самолета применялись щитки, расположенные на верхней поверхности несущего корпуса над мотогондолами.

Обеспечение устойчивости и управляемости в путевом канале осуществлялось двумя цельноповоротными килями. Органами поперечного управления служили кренеры (разновидность интерцепторов, предложенная Л.И.Бондаренко), расположенные на верхней поверхности поворотных консолей.

Система управления самолетом — электродистанционная, с четырехкратным резервированием, обеспечивающая искусственную устойчивость при собственной статической неустойчивости 2 — 3%.

По результатам испытаний моделей самолета в аэродинамических трубах ЦАГИ были получены очень высокие значения максимального аэродинамического качества: 17,5 на М = 0,8 (крыло развернуто) и 7,3 на М = 3,0 (крыло сложено).

Самолет проектировался под двигатели К-101 с изменяемой, в зависимости от режима полета, степенью двухконтурности (главный конструктор П.А.Колесов). На Т-4МС должны были стоять 4 двигателя с максимальной тягой по 20 т каждый, расположенные в двух мотогондолах, подвешенных под несущим корпусом.

В конструкции самолета широко использовались композиционные материалы и высокопрочные титановые сплавы, что позволяло при нормальном весе боевой нагрузки 9 т, размещаемой в двух отсеках вооружения, получить весовую отдачу по топливу, равную 62%.

Экипаж состоял из летчика, штурмана-оператора и бортинженера, которые находились в кабине, не имевшей традиционного фонаря. Обзор вперед был возможен только при отклоненной вниз (режимы взлета, посадки и полета на малой высоте) носовой части несущего корпуса. Это конструкторское решение было заимствовано с самолета Т-4, проходившего испытания в 1972-1973 гг.

Итоги конкурса подводились в 1971 г. По заключениям специалистов МАП и ВВС лучшим был признан проект ОКБ П.О.Сухого. Однако в силу большой загрузки ОКБ (в это время на различных стадиях разработки находились самолеты Су-24, Су-25, Су-27) проектирование стратегического многоцелевого самолета было поручено ОКБ А.Н.Туполева. Этим самолетом стал Ту-160."

Создание системы искусственной устойчивости, о которой упоминалось в описании проекта Т-4МС, послужило импульсом к появлению новых самолетов-"бесхвосток".

Идея применения на летательном аппарате принципа искусственной устойчивости не нова. О такой возможности писал еще К.Э.Циолковский.^[43] В 1947 г. Джек Нортроп на заседании Королевского аэронавтического общества в Лондоне высказал мысль о создании бесхвостых самолетов с искусственной устойчивостью. Суть идеи, как отмечал конструктор, "...заключается в расположении центра тяжести за аэродинамическим центром давления, при этом теряется продольная устойчивость, считавшаяся ранее необходимой для всякого удовлетворительного самолета; ее заменяют надежными (а, возможно, дублированными) автопилотами, которые перенимают функцию устойчивости у планера и смогут, по всей вероятности, лучше поддерживать самолет в надлежащим положении, чем при обычном методе. ...Если центр тяжести находится позади аэродинамического центра, то самолет будет продольно сбалансирован при большом угле атаки и отклоненных вниз, а не вверх от нейтрального положения закрылках или рулях высоты, что увеличит кривизну профиля и повысит подъемную силу крыла".^[44]

Первый экземпляр самолета "Мираж" 2000.

Понятно, что отказ автоматического регулятора устойчивости означал бы гибель самолета. А так как в те годы время наработки на отказ даже у лучших автопилотов не превышало 200 часов, идею Норторопа сочли неприемлемой и вскоре о ней забыли. Но к 70-м годам быстрый прогресс в области электроники позволил создавать практически безотказно работающие автоматические устройства, что сделало идею актуальной. В 1972 г. начались испытания опытного боевого самолета ОКБ Сухого Т-4 с электродистанционной автоматической системой управления, обеспечивающей пилотирование статически неустойчивой машины. Первым серийным самолетом с системой искусственной устойчивости стал американский истребитель Дженерал Дайнэмикс F-16 (первый полет — в 1974 г.).

Т-4 был выполнен по схеме "утка", F-16 имел "классическую" схему. Наиболее же заметное улучшение характеристик в случае использования искусственной устойчивости было бы на "бесхвостке", так как при расположении центра тяжести позади фокуса крыла исчезали почти все недостатки, присущие этой схеме. Неудивительно поэтому, что уже через год после появления F-16 фирма Дассо-Бреге приступила к созданию истребителя-"бесхвостки" "Мираж"2000 с системой искусственной устойчивости.

Самолет представлял собой развитие "Миража"III. По схеме, расположению органов управления и размерам он практически не отличался от первой серийной "бесхвостки" фирмы Дассо. Из-за больших запаса топлива и боевой нагрузки вес самолет возрос, но благодаря увеличенной площади крыла нагрузка на квадратный метр не изменилась.

Тем не менее новшеств у "Миража"2000 было немало. Прежде всего, это, конечно, система искусственной устойчивости. Она состояла из автопилота, электродистанционной системы управления, подающей сигналы к рулям по проводам, и гидравлической системы, служащей для отклонения рулей. Для безопасности электропроводная система имела четыре параллельные линии передачи командных импульсов (в менее ответственном канале путевого управления применено трехкратное резервирование), а гидросистема состояла из двух независимых подсистем. И все же французские конструкторы не рискнули полностью отказаться от принципа статической устойчивости — самолет сцентрирован таким образом, что искусственная устойчивость необходима ему на многих, но не на всех режимах полета.