Часть первая

ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ СВЕРХЗВУКОВЫХ САМОЛЕТОВ

1. Конструктивная идея боевого сверхзвукового самолета

Известно, что основные пути развития авиации определялись и определяются главным образом прогрессом летательных аппаратов военного применения, на разработку которых затрачиваются большие силы и средства. При этом гражданская авиация, для которой надежность и удобство эксплуатации имеют решающее значение, обычно идет по пути, проторенному создателями военных самолетов. Указанная закономерность подтверждается тем фактом, что из общего числа 88 облетанных сверхзвуковых самолетов, описание которых приведено в данной книге, имеются только 3, которые можно зачислить в чисто гражданские (ВАС-221, Ту-144 и «Конкорд»), а также 4 экспериментальных, созданных с учетом потребностей гражданской авиации («Аналог» 144, FD-2, 1488 и ХВ-70А). Остальные самолеты имели военное назначение. Как следует из табл. 1, серийно выпускались 43 типа самолетов военного назначения и 2 типа пассажирских самолетов.

Среди военных типов самолетов самую большую группу составляют истребители (57), из которых 36 строились серийно (при этом не учитывается планируемое производство самолетов «Сюпер-Мираж» 4000, F-18 и XFV-12). В это общее число включены облетанные и изготовлявшиеся серийно истребители-перехватчики (соответственно 20 и 7), истребители-бомбардировщики (соответственно 14 и 8; в эту группу включены самолеты «Ягуар» и Т-2, соответствующие модификации которых зачислены также в группу учебно-тренировочных самолетов, но не учитывался XFV-12A, который не запускался в серийное производство), а также многоцелевые истребители (соответственно 23 и 20 с учетом планирования серийного производства «Торнадо»), Кроме того, облетаны 8 типов опытных бомбардировщиков или бомбардировщиков-разведчиков (6 из них были запущены в серийное производство), а также 1 самолет-разведчик и 1 учебно-тренировочный самолет, которые выпускались серийно.

Таким образом, приведенные данные свидетельствуют о том, что сверхзвуковые самолеты развивались главным образом как военные, причем преимущественно как истребители. Содержание настоящего обзора основано на материалах, опубликованных в западной прессе за последние 25 лет. Идеи боевого применения авиации в разных условиях, изложенные в этих публикациях, в большинстве случаев нельзя признать как официальную военную доктрину. Чаще всего в них приводится лишь точка зрения авторов соответствующих статей, которая тем не менее обычно отражает мнение военных специалистов или специалистов авиационной промышленности.

Таким образом, изложенные ниже идеи являются своего рода философией развития западной военной авиации. Эта философия имеет много аспектов, однако следует учитывать, что наряду с чисто военными факторами, связанными с усовершенствованием методов и средств использования авиации, важную роль в западных странах играла политика военно-промышленных комплексов.

Кроме того, следует иметь в виду, что связь между развитием авиационной техники и ее использованием носит двусторонний характер. С одной стороны, постановка новых задач вдохновляет конструкторов самолетов на поиск лучших технических решений. С другой стороны, разработка новой авиационной техники открывает перед авиацией новые возможности ее применения.

8 ноября 1950 г. во время войны в Корее впервые в истории авиации дело дошло до непосредственного применения реактивных истребителей. В ходе войны выяснилось, что истребитель МиГ-15 конструкции А. И. Микояна со стреловидным крылом по ускорениям, маневренности и максимальной скорости значительно превосходит американские самолеты «Шутинг Стар» F-80 фирмы «Локхид» и «Сандерстрик» F-84 фирмы «Рипаблик» с прямым крылом. Из этого факта на Западе был сделан вывод, что решающими факторами в борьбе за превосходство в воздухе являются максимальная скорость и оснащение самолета управляемым ракетным оружием.

В США в первую очередь был ускорен выпуск самолета «Сейбр» F-86 фирмы «Норт Америкен», который признавался отвечающим этим требованиям ввиду применения стреловидного крыла и предполагаемой высокой максимальной скорости. Затем была развернута программа строительства самолетов «Скорпион» F-89 фирмы «Нортроп» и «Старфайр» F-94 фирмы «Локхид». Со своей стороны, стремление к достижению все больших скоростей и к мощному вооружению в ущерб иным показателям, главным образом маневренности, привело к концепции самолета «истребитель-бомбардировщик». У такого самолета способность к выполнению тактических задач поддержки войск с воздуха сочетается с высокой скоростью, причем высокая скорость в дальнейшем была признана решающим фактором как в отношении эффективности поддержки с воздуха, так и для превосходства в воздухе. Использование этих критериев и боевого опыта привело к тому, что поколение дозвуковых истребителей F-86, F-89 и F-94, сконструированных около 1950 г., характеризовалось высокой скоростью полета и возможностью эксплуатации в любых атмосферных условиях, а также способностью к перехвату цели с помощью радара.

Рис. 1.1. Советский истребитель МиГ-21, принадлежащий к числу наиболее популярных сверхзвуковых самолетов.

Рис. 1.2. Американский истребитель «Старфайтер» F-104S.

Другой характерной чертой самолетов этой группы была их способность уничтожать цели с помощью неуправляемых или управляемых (только самолет F-89) ракет с одновременным исключением стрелкового вооружения. Следовательно, на первый план был выдвинут автоматизированный бой, целью которого являлось внезапное уничтожение самолета противника, с полным исключением классического воздушного боя, основанного на мастерстве и инициативе пилота. Этот взгляд достиг апогея в первой половине 50-х годов, когда был разработан и испытан в полете сверхзвуковой самолет «Старфайтер» F-104. Его концепция была признана революционной, определяющей будущее самолета-истребителя.

Из-за характерного силуэта и габаритных пропорций (сильно вытянутый фюзеляж и прямое крыло малого удлинения) самолет F-104 был назван «пилотируемой ракетой», что отражало тенденцию к переходу самолета в разряд дистанционно управляемого оружия. Такой самолет должен удовлетворять только одному условию-достигать все больших скоростей полета путем преодоления технологических преград (одна из них была названа в свое время «тепловым барьером»). Через несколько лет «пилотируемая ракета» стала объектом насмешек, а в ФРГ ее не без основания назвали «летающим гробом».

Обозначения:

Назначение самолета-. Б – бомбардировщик; БР – бомбардировщик-разведчик; ИБ – истребитель-бомбардировщик; ИМ – истребитель многоцелевой; ИП – истребитель-перехватчик; Э – экспериментальный; Пс – пассажирский; Р – разведчик; УБ – учебно-боевой; УТ – учебно-тренировочный.

Производство: ОЭ – опытный экземпляр; С – серийное производство; * – планируемое производство.

Тип двигателя: ЖРД – жидкостный ракетный; ПВРД – прямоточный; ТВРД – турбовентиляторный (турбореактивный двухконтурный); ТРД – турбореактивный одноконтурный.

Характеристика: Г – геометрический уступ передней кромки крыла; Д – дифференциальный управляемый стабилизатор; ЗЭ – зависающие элероны; ИГ – крыло изменяемой геометрии; К – крыльевые (элевоны или ниши уборки шасси); КРВ – крыльевой руль высоты; Н – нерегулируемый воздухозаборник; Р – регулируемый воздухозаборник; СПС – сдув пограничного слоя; Ф – фюзеляжные ниши уборки шасси; Фк – фюзеляжно-крыльевые ниши уборки шасси; Щ – щелевые (закрылки или уступ передней кромки крыла); Э – эжекторные закрылки.

Опущенные порядковые номера соответствуют самолетам, по которым отсутствует достаточная информация.

Влияние, которое оказала на конструкцию самолетов тенденция автоматизации истребителя, ощущалось вплоть до второй половины 60-х годов. В ходе очередных военных конфликтов выявилось, что превосходство в скорости и вооружении управляемыми ракетами не обеспечивает победы в воздушном бою. Опыт вьетнамской, а также индо-пакистанской и арабо- израильских войн не только подтвердил значение воздушного боя (понимаемого в классическом смысле, когда необходимо учитывать конкретные преднамеренные и целенаправленные действия противника), но также показал, что в определенных условиях успех боя зависит скорее от стрелкового, чем от ракетного оружия, и что в итоге превосходство в воздухе так же часто зависит от результатов воздушного боя, как результат этого боя зависит от маневренности и разнообразия вооружения самолета. В конце концов мнение, что самолет, лишенный управляемых ракет класса воздух – воздух, уступает самолету, оснащенному таким вооружением, и что это превосходство не компенсируется ни лучшей управляемостью, ни иными показателями, оказалось ошибочным.

Заодно был опрокинут своеобразный «миф» о ракете «Сайдуиндер», составлявшей в то время основное (часто единственное) оружие почти всех американских истребителей. Боевая практика же показала, что ракета «Сайдуиндер» эффективна лишь в случае, когда атакующий самолет находится в оптимальной позиции (прямо по цели-с одновременным условием: атакуемый противник не должен заметить яркой вспышки запуска двигателя ракеты), так как ввиду малой маневренности ракета не достигнет самолета, производящего противоракетный маневр. Управляемые ракеты того времени имели еще один недостаток, а именно-они не дифференцировали цели по принципу «чужой-свой».

Поскольку лишь немногие самолеты имели постоянное стрелковое вооружение, была предпринята попытка подвески пушек в контейнерах на внешних замках (например, в самолетах F-4C). Однако оказалось, что такое вооружение эффективно лишь при поражении наземных целей, но совершенно непригодно в атаках на воздушные цели ввиду вибрации контейнеров, затрудняющей прицеливание.

Только разработка новых самолетов со всеми видами вооружения (например, F-4E) выявила достоинства ракет как оружия, дополняющего стрелковое вооружение, поскольку в ситуациях, отличных от ближнего боя, на вираже, они значительно эффективнее пушек. Выяснилось, что использование комбинации стрелкового вооружения с управляемыми ракетами увеличивает гибкость воздушного боя, в котором, правда, ограничена возможность автоматического поражения цели, но зато обеспечено ведение ближнего боя. Таким образом, практика применения вывела развитие самолета-истребителя на правильный путь благодаря признанию того факта, что именно истребитель решает задачу превосходства в воздухе. Это впоследствии сделало возможным выполнение всех прочих задач, таких, как тактическая бомбардировка, поддержка с воздуха, разведка, наблюдение и т. п.

Прежде чем это случилось, т.е. вплоть до середины 60-х годов, когда развитие американских самолетов сотой серии (от F-100 до F-111) достигло своей кульминации (рекорд 3332,5 км/ч у самолета YF-12A), акцент делался на максимальную скорость, в результате чего «пилотируемая ракета» действительно двигалась все быстрее, но утрачивала способность к «полету» в классическом значении этого слова. Это, очевидно, нашло отражение в технических параметрах американских истребителей, облетанных в 1953-1958 гг. Особенно это касается взлетной массы, которая с 10921 кг (F-11) возросла сначала до 15420 кг (F-8D), затем 23 832 кг (F-105D) и достигла максимального значения 24 765 кг (F-4B).

В этой ситуации необходимым оказалось не только использование стреловидного крыла, но также увеличение его удельной нагрузки до 475-665 кг/м? и применение профиля с малой относительной толщиной (5-3%). Поскольку увеличение удельной нагрузки и стреловидности крыла и уменьшение относительной толщины профиля отрицательно влияют на скорость приземления и маневренность, такие самолеты характеризовались большой посадочной скоростью (свыше 300 км/ч), а также неспособностью к выполнению фигур высшего пилотажа с большими перегрузками. Первое исключило возможность базирования таких самолетов на аэродромах без специальных взлетно-посадочных полос длиной 2,5-3 км, второе-целесообразность их использования для ближнего воздушного боя.

Рис. 1.3. Тенденции изменения взлетной массы и максимальной скорости американских истребителей.

^ поршневые самолеты; ? околозвуковые самолеты; • сверхзвуковые самолеты.

Впоследствии, уже в начале 60-х годов, в США пришлось выполнить большой объем научно-исследовательских и опытно- конструкторских работ для изменения создавшейся ситуации в направлении возвращения самолету его наиболее характерных свойств.

В Западной Европе концепция самолета-истребителя развивалась несколько иначе. Западноевропейские условия войны предопределяли иной, отличающийся от американского подход. Ввиду малых расстояний в Европе весьма ограничено время, которым можно располагать от момента объявления тревоги до успешного перехвата цели. Этот фактор позволяет также относительно проще уничтожать стационарные наземные средства, главным образом аэродромы, средства навигации и наведения.

В процессе развития концепций самолетов оказалось, что большую роль играют также ограниченные экономические ресурсы, вынуждающие европейские государства искать дополнительные возможности. Таким образом, на начальном этапе к западноевропейскому самолету-истребителю предъявлялись следующие требования: высокая боеготовность, максимальная скороподъемность и максимальная скорость в горизонтальном полете (не менее чем М = 2), относительная независимость от стационарных наземных средств (в том числе возможность эксплуатации с аэродромов без твердого покрытия), легкость и простота конструкции. В дальнейшем эти требования были дополнены задачей многоцелевого назначения.

Развитие западноевропейской сверхзвуковой авиации начала Франция реализацией идеи создания легких истребителей, способных к выполнению задач перехвата, отличающихся высокой маневренностью и высокой скороподъемностью в любых погодных условиях. Предпосылкой к разработке новых французских самолетов были тактико-технические требования, опубликованные в 1953 г. На основе этих требований в 1953-1956 гг. было создано шесть новых типов самолетов.

Безусловно, значение этого факта заключается не столько в числе новых типов самолетов, сколько в разнообразии путей поиска наилучших решений, позволившем проверить пригодность для сверхзвуковой авиации ряда нововведений, а именно:

– прямоугольного крыла малого удлинения («Тридан», облетан в 1953 г.);

– классической схемы в совокупности с треугольным крылом («Жерфо», 1954 г.);

– треугольного крыла в схеме «бесхвостка» с дополнительной дестабилизирующей поверхностью («Гриффон», 1955 г.);

– той же схемы, но без дестабилизатора («Мираж» I, 1955 г.; «Дюрандаль», 1956 г.);

– комбинированной двигательной установки, состоящей из турбореактивных и ракетного («Тридан») либо турбопрямоточного («Гриффон», «Ледюк» 022, 1956 г.) двигателей;

– ракетного стартового ускорителя («Дюрандаль», «Мираж»).

Позднее изменение концепции назначения самолета послужило поводом к прекращению работ над этими самолетами на стадии опытного образца. Лишь программа «Мираж» была продолжена, но уже в существенно измененном виде. Тем не менее полученный опыт был использован при разработке новых типов самолетов. Здесь уместно напомнить, что аналогичную судьбу имел английский экспериментальный самолет с комбинированным двигателем SR.53, на базе которого планировалась разработка самолета SR.177, отвечающего идее легкого самолета-перехватчика. Однако его программа была свернута по другим обстоятельствам. Проводившаяся в жизнь в США еще со второй половины 50-х годов идея вытеснения пилотируемого самолета-истребителя управляемой ракетой стала в Великобритании официальной доктриной: согласно «Белой Книге обороны» за 1957 г., последним английским пилотируемым истребителем должен был стать Р. 1В, который позднее назвали «Лайтнинг».

На втором этапе развития западноевропейской сверхзвуковой авиации была разработана концепция так называемого многоцелевого истребителя. Эта концепция была проверена в европейских условиях в минувшем двадцатилетии; она сохраняет свою актуальность и на будущее. Типичным примером развития этой концепции на рубеже 1950-1960-х годов был французский самолет «Мираж» III, а на рубеже 1960-1970-х годов-самолеты «Ягуар» и «Торнадо», разрабатывавшиеся совместно несколькими западноевропейскими странами, а также шведский «Вигген». Разница между первым и остальными заключалась в том, что «Мираж» III модернизировался по мере своего развития и развития текущих потребностей, тогда как универсальность остальных предусматривалась уже на стадии эскизного проекта с учетом накопленного в области сверхзвуковой техники опыта, разработки новых типов оборудования, совершенных двигателей и т.п.

Однако на развитие самолета «Мираж» и его модификаций повлияла главным образом смена концепции его назначения. Это касается в определенной степени также самолетов «Дракен», «Лайтнинг» и модификации G самолета F-104. Еще не были реализованы проекты легкого самолета-перехватчика, когда военно-воздушные силы западных стран приняли решение по приспособлению самолетов к условиям атомной войны. В этих условиях истребитель- перехватчик должен иметь совсем иные свойства, так как он не может уже полагаться на помощь наземных радиолокационных станций, которые к этому времени могут быть уничтожены в результате атомной атаки; таким образом, самолет должен иметь соответствующее автономное радиолокационное и навигационное оборудование. Ввиду такого изменения требований конструкторы вынуждены были отказаться от реализации варианта легкого истребителя и принять новую концепцию самолета с увеличенным фюзеляжем, в котором могло бы разместиться оборудование, требуемое для новых задач. Однако со временем, когда во второй половине 50-х годов были поставлены на вооружение баллистические ракеты дальнего радиуса действия и уменьшилось значение бомбардировочной авиации среднего и дальнего проникновения, стало ясно, что и эта концепция должна претерпеть изменения. Было признано, что существование специализированных истребителей-перехватчиков, предназначенных для уничтожения самолетов неприятеля (а особенно его бомбардировщиков), утратило свой смысл.

Рис. 1.4. Компоновочная схема английского самолета TSR.2.

1-передний лонжерон; 2-задний лонжерон; 3-крыльевой топливный бак; 4, 5-закрылки; 6-обтекатели узлов навески закрылков; 7-отогнутые книзу концы крыла; 8-дифференциальный управляемый стабилизатор; 9-узлы навески плоскостей управляемого стабилизатора; 70-закрылки стабилизатора; 11 -управляемый киль; 12- узел навески киля; 13-антенна; 14-носовой обтекатель РЛС; 15 РЛС; 16, 17-кабина экипажа; 18-антенна доплеровского высотомера; 19- отсек оборудования; 20-антенна радиолокатора бокового обзора; 21 -передняя стойка шасси; 22-25-фюзеляжные топливные баки; 26- воздухозаборники двигателей; 27-бомбоотсек; 28-турбореактивные двигатели (два); 29-главные стойки шасси; 30-люки ниш уборки главного шасси; 31 -тормозные щитки.

Именно поэтому была разработана концепция многоцелевого истребителя, который вначале, кроме способности к перехвату, мог атаковать также и наземные цели. В последующие годы универсальность назначения неуклонно расширялась по мере появления новых потребностей и совершенствования авиационной техники. Однако приспособление самолетов к выполнению все более трудных задач привело к увеличению взлетной массы с 5-7 т (французские «легкие истребители») до 9-11 т, усложнению конструкции и оборудования и возрастанию закупочной цены. Введение самолетов новых типов в вооруженных силах отдельных стран привело в свою очередь к изменению тактики действия авиации во время подавления противовоздушной обороны противника. Ведь еще в начале 50-х годов в военной авиации западных стран был распространен тезис о нечувствительности современных бомбардировщиков к атакам самолетов-истребителей. Поэтому в Великобритании, например, в 1951-1952 гг. были испытаны три самолета-бомбардировщика так называемой серии V: «Вэлиент» фирмы «Виккерс», «Вулкан» фирмы «Хоукер» и «Виктор» фирмы «Хэндли Пэйдж» – с максимальной скоростью около 1000 км/ч и потолком 15 000 – 18 500 м, предназначавшиеся для стратегических бомбардировок с использованием ядерных бомб. Появление ракетных комплексов класса земля- воздух с системами активного радиолокационного наведения существенно снизило вероятность выхода таких самолетов на цель. Потребовался переход к полетам на малых высотах, т.е. ниже зоны радиолокационного обнаружения и эффективного действия активных средств противовоздушной обороны. Поскольку специальных самолетов еще не существовало, такие полеты были возложены на обычные бомбардировщики. Однако опыт показал, что полеты на малых высотах с околозвуковой или сверхзвуковой скоростью имеют свою специфику и значительно отличаются от полетов на крейсерских высотах (гл. 2).

Рис. 1.5. Американские истребители-бомбардировщики «Тандерчиф» F-105 в полете.

С учетом этого начались исследования самолетов, специально предназначенных для полетов и выполнения заданий на небольших высотах со сверхзвуковыми скоростями. Первым из них в Западной Европе должен был стать самолет TSR.2. Кроме полезных для небольших высот пилотажных свойств, а также высокой эксплуатационной гибкости, он мог бы использовать ядерное и обычное вооружение различных видов, а также осуществлять фотографическую и радиолокационную разведку в любых погодных условиях днем и ночью. Этот самолет предполагалось приспособить к эксплуатации с полевых аэродромов (что упрощает рассредоточение и уменьшает уязвимость в отношении воздушных налетов), т.е. обеспечить его независимость от крупных аэродромов и комплексов наземных средств.

Правда, работы над самолетом TSR.2 закончились на этапе летных испытаний опытного образца, однако тем не менее они выявили сложность проблемы и тем самым принудили конструкторов к поиску иных, менее сложных решений. В первую очередь была рассмотрена проблема уменьшения тактического радиуса действия ввиду большого удельного расхода топлива при полете на малых высотах. Вначале наиболее рациональным решением было признано перемещение баз самолетов ближе к линии фронта. На практике оказалось, что таким путем нельзя выполнить поставленные задачи, поскольку приближение баз к зоне боевых действий увеличивает опасность уничтожения аэродромов и самолетов. Поэтому было решено приспособить самолеты к базированию на грунтовых аэродромах (путем использования эффективных средств механизации крыла и шасси с пониженным давлением в пневматиках), а также использовать маскировку самолетов от воздушного обнаружения. Для увеличения ресурса была усилена конструкция планера, а улучшение условий работы экипажа было достигнуто с помощью автоматов, обеспечивающих продольную стабилизацию самолета. Однако все эти мероприятия в совокупности привели к дальнейшему росту взлетной массы самолета до 12-16 т.

В США переход на концепцию атомного вооружения (с учетом вероятности его использования противником) имел в вопросах ведения воздушных боевых действий значительно большие последствия. Прежде всего было признано, что утратила значение обычная противовоздушная оборона, которую стали считать недостаточной для обеспечения возможностей ответного удара. Впоследствии, в конце 50-х годов, было проведено быстрое перевооружение истребительных подразделений противовоздушной обороны на тяжелые сверхзвуковые самолеты-перехватчики с высокой скороподъемностью, а также введены постоянные боевые дежурства, которые должны были сократить время перехвата до минимума. С другой стороны, было признано, что преодоление противовоздушной обороны противника, точный выход самолета на цель и осуществление ядерной бомбардировки будут возможны лишь при условии оснащения самолетов новыми совершенными навигационными средствами и электронным оборудованием, а также высокоэффективными системами управления вооружением самолета. Так как в США считается, что самолеты должны иметь большой радиус действия (3500-4500 км, тогда как в Западной Европе считается достаточным радиус действия 1800-2300 км), то взлетная масса самолетов выросла еще больше.

В этой ситуации было сочтено, что уменьшение затрат на все более дорогие самолеты возможно только путем вооружения тактической авиации истребителями-бомбардировщиками, приспособленными к выполнению и других задач, в частности разведки.

Первым американским сверхзвуковым истребителем, пригодным к транспортировке ядерного оружия (т.е. истребителем- бомбардировщиком), был F-105, а затем F-4. Они соответствовали концепции сбрасывания ядерных бомб с малой высоты, требующей соответствующего бортового оборудования. Самолет F-4, помимо основного варианта, выпускался также как перехватчик и разведчик.