Облик современного истребителя



Скачать 127.22 Kb.
Дата06.06.2016
Размер127.22 Kb.


Облик современного истребителя

В 80-х годах в СССР и США были проведены исследования по определению облика истребителя 5-ого поколения. В основу исследований были положены научно-технические достижения в области двигателестроения (увеличение удельной тяги до 10–12, удельная тяга с квадратного метра миделя двигателя выросла до 15.000–19.000 кгс/м2). Это позволило истребителю (при хорошей аэродинамике) совершать полёт со сверхзвуковой крейсерской скоростью М=1,5–1,6 без форсажа, что обеспечивает значительное увеличение дальности полёта на этом режиме.

В США был создан двигатель F119-PW-100, с тягой на MAX/ПФ – 12.500/18.000 кгс. Аналогичный двигатель создавался в СССР конструкторским бюро A.M. Люлька – АЛ-41Ф (изд.20) с тягой на полном форсаже (ПФ) – 17.900 кгс. (Авиация ВМФ России и научно-технический прогресс. Под ред. Академика РАН Е.А. Федосова. Москва, 2005 г.) Таким образом, в 80-е годы было полное понимание каким должен быть двигатель для истребителя 5-ого поколения, но после 1997 года новое поколение конструкторов ПАК ФА заявило о возможности создания истребителя, так называемой «средней» размерности, и получения требуемых характеристик с модифицированным двигателем АЛ-31Ф. Если они не знали о работах в СССР над двигателем АЛ-41Ф, то самую простую оценку выполнить можно было, к тому же есть живой пример – самолёт Су-27 с двигателями АЛ-31Ф.

Самолёт Су-27 на режиме работы двигателей АЛ-31Ф учебно-боевой (УБ) при полном форсаже (ПФ) имеет располагаемую тягу на (Н=0 км, V=0 км/ч) примерно 2×11.400 кгс. (Су 27 – История истребителя. А. Фомин. Интервестник, Москва, 2004 г.). На Н=11 км, М=1,5 располагаемая тяга на самолёте Су-27 падает в 2 раза, т.е. до ~ 2×5.700 кгс, при этом потребная тяга для данной точки несколько меньше 11.400 кгс. Таким образом, очевидно, чтобы летать на бесфорсажном крейсерском сверхзвуке на Н=11 км необходима тяга на (Н=0 км, V=0 км/ч) ~2×11.400 кгс и конечно на режиме работы двигателей MAX. Теперь, после публикации фотографий Т-50, определить его размерность не представляет особого труда. Можно не сомневаться в том, что авиационные специалисты это сделали. Общие геометрические размеры самолёта, размеры отсеков вооружения можно определить через общеизвестные размеры – шина основных опор шасси 1.050×365-508 мод.1А, диаметр среза сопла двигателя АЛ-31Ф ~670 мм, стандартная база внешних точек подвески 1.150 мм. Для фотографии определяется масштаб и затем все остальные размеры. К тому же на сайте Корпорации Тактическое Ракетное Вооружение помещена информация о ракетах, предназначенных для размещения в отсеках (Х-38, Х-58УШКЭ). Размеры данных ракет позволяют перепроверить размеры отсеков вооружения самолёта Т-50. Таким образом определить омываемую поверхность и мидель самолёта Т-50 можно с высокой точностью, а затем и его лётно-технические характеристики.

Но вернёмся к самолёту Су-27. Су-27 без подвесок имеет мидель 4,19 м2, а с десятью ракетами (6×Р-27ЭР + 4×Р-73) на внешней подвеске мидель увеличивается до 4,7 м2. С такими вариантами вооружения Су-27 на Н=11 км может летать со сверхзвуковой скоростью, соответствующей М=1,5–1,8 при ПФ на режиме работы двигателей УБ.

Так как мидель Т-50 примерно равен 4,5–4,8 м2, а омываемая поверхность незначительно меньше 305 м2 (Су-27), то очевидно, что Т-50 сможет летать на крейсерском сверхзвуке М=1,5–1,8 только при наличии двигателя с тягой ~11.400 кгс на (Н=0 км, V=0 км/ч) – режим «максимал». Заявленная, на режиме MAX, тяга 8.800–9.000 кгс не обеспечивает крейсерский сверхзвуковой полёт. Для установки большого двигателя на Т-50 необходимо переделать воздухозаборник и мотогондолу.

Что касается внутреннего размещения вооружения, то на Су-27 возможно создание двух отсеков под центропланом между воздухозаборниками и мотогондолами. На дистанции от входа в воздухозаборник до силового шпангоута № 45 (до поворотного узла отклоняемого сопла) возможно размещение четырёх ракет типа Х-38, Х-58УШКЭ. Такой отсек увеличивает мидель самолёта Су-27 на ~0,7 м2, т.е. до 4,9 м2. Создание такого отсека возможно на всех модификациях самолёта Су-27. Так что отличие по миделю варианта Су-27 с отсеком от самолёта с внешними подвесками не принципиально, он так же будет летать на крейсерском сверхзвуке с двигателями по 11.400 кгс тяги на максимале.

Аэродинамическая компоновка самолёта Т-50

Нормальная аэродинамическая схема, но даже и в этом есть чему удивиться. Консоли крыла явно меньше по площади, по сравнению с Су-27, а стреловидность по передней кромке ~48–49°. Переход от крыла со стреловидностью по передней кромке 42° к 48–49° ведёт к снижению несущих свойств крыла.

Если предположить, что масса пустого самолёта Т-50 и Су-27 равны, то Т-50 из-за худших несущих свойств не сможет иметь взлётно-посадочные характеристики как у самолёта Су-27. Кроме этого выбор крыла малого удлинения ведёт к снижению аэродинамического качества на дозвуковой скорости и как следствие уменьшению максимальной дальности полёта, по сравнению с Су-27. Рекордное, среди истребителей, аэродинамическое качество Су-27 – 12,5.

В настоящее время в области аэродинамики получены новые фундаментальные результаты, которые позволяют на дозвуковых скоростях значительно расширить область допустимых углов атаки и получить высокие несущие свойства (Cy max) при более высоких значениях аэродинамического качества (Ка). Если Су-27 имеет Cy max=2 при Ка=2, то новый самолёт может иметь Cy max=2,5 при Ка=3. На Т-50 не просматривается ни чего, что позволяет улучшить несущие свойства самолёта, по сравнению с Су-27.

О возможности совершать сверхзвуковой крейсерский полёт мы уже говорили, он возможен только при наличии двигателя с тягой на «максимале» ~11.400 кгс.

Исследования ЦАГИ показали, что высокое аэродинамическое качество при сверхзвуковых скоростях может быть получено лишь при умеренных относительных размерах фюзеляжа.



Необходимо сказать и о, так называемой «средней», размерности самолёта ПАК ФА

Обоснование истребителя «средней» размерности выполнено, по утверждению академика Е.А. Федосова, в ГосНИИАС. (Е.А. Федосов. Полвека в авиации. М., Дрофа, 2004). В качестве обоснования используется пример принятия на вооружение флота США самолёта F-18E, который заменил несколько типов самолётов. Данный самолёт продвигается на экспорт.

Напомним, самолёт F-18C (объём – 35 м3) по размерности близок к МиГ-29 (объём – 34,5 м3). На модификация F/A-18E увеличено крыло и оперение, а в фюзеляж врезан топливный бак. По максимальной взлётной массе он вырос до 30 тонн, т.е. до размерности самолёта Су-27. В России самолёт МиГ-29 относят к классу «лёгкий истребитель». Основой фронтовой истребительной авиации России выбран самолёт Су-27. Оснований для этого достаточно.

Считаем, что при создании истребителя 5-ого поколения, необходимо исходить от достигнутого на самолёте Су-27. Необходимо так же учитывать и высокий потенциал модернизации Су-27. Нет смысла создавать истребитель 5-ого поколения с характеристиками хуже, чем у модернизированного Су-27.

Тезис о предпочтительности меньшей размерности истребителя на рынке вооружения не состоятелен. Продажи самолёта Су-27 говорят сами за себя. Достойное предложение инициирует спрос. До Су-27 не было манёвренного тяжёлого истребителя, теперь он есть. Таким образом, тезис «средний истребитель» подрывает достигнутое Су-27 положение.

Введение в оборот термина истребитель «средней» размерности привело на Т-50 к довольно болезненной «отрыжке». Стремление уменьшить самолёт вылилось в зажатие носовой части самолёта (НЧФ) и уменьшению её удлинения, а в итоге из-за этого уменьшена (по сравнению с Су-27) апертура антенны БРЛС. Выигрыш 1,5–2 м2 омываемой поверхности НЧФ в итоге даёт проигрыш и по аэродинамике и в дальности обнаружения БРЛС. Сравнение плановых проекций Су-27 и Т-50 можно посмотреть в журнале «Взлёт» за март 2010 года.

С целью снижения волнового сопротивления самолёта на верхней поверхности фюзеляжа между НЧФ и СЧФ надстроена так называемая «горбушка», которая формально заполняет провал на графике площадей самолёта. Такой способ «лечения» графика площадей самолёта не даёт снижения сопротивления, т.к. на плоской расширяющейся поверхности создаётся отрицательная подсасывающая сила.

Утверждение академика Федосова Е.А. о том, что на истребителях 4-го поколения достигнут предел лётно-технических характеристик и основной упор при создании истребителя 5 го поколения должен быть сделан на развитие радиоэлектронного комплекса не соответствует действительности.

В 1998 году журнал «Техника Воздушного Флота» № 1 опубликовал статью «Облик современного истребителя» (академик РАН Г.С. Бюшгенс и В.Л. Суханов). В данной статье приведены результаты исследований ЦАГИ по истребителям 4-го и 5-го поколений. Показана возможность увеличения потолка самолёта с 13 км до 15 км (на режиме MAX) и с 17,5 км до 20 км (на полном форсаже). Крейсерская дальность полёта на М=1,5 и Нкр=11 км у истребителя 5-ого поколения увеличилась до 2.000 км, т.е. в 2 раза по сравнению с истребителем 4-ого поколения, (с.11, рис.13. Сравнение зоны воздушного боя и дальности полёта для многофункциональных истребителей четвёртого и пятого поколений).

Установившиеся перегрузки и угловые скорости разворота на Н=5 км и Н=11 км значительно увеличиваются, (с.11, рис.14. Установившиеся перегрузки и угловые скорости разворота истребителей четвёртого и пятого поколений). Прогнозируемый рост установившейся перегрузки на Н=5 км, М=0,9 для истребителя 5-ого поколения приведён на рис.16.

Скороподъёмность истребителя 5-ого поколения выросла с 300 м/с до 350–400 м/с. На F-22 скороподъёмность около 350 м/с для Н=1 км, М=0,9. Вертикальный набор высоты выполняется с разгоном, (рис.18. Влияние тяговооружённости на скороподъёмность истребителей).

Тяговооружённость истребителя 5-ого поколения является определяющей и для получения дистанции разбега – 250–300 м. (рис.19). Проблема сокращения посадочной дистанции более сложна. Для её решения требуются специальные средства – увеличение до Cпос>2, уменьшение Vпос<200 км/ч, реверс тяги.

Таким образом, истребитель 5-ого поколения имеет значительные преимущества в лётно-технических и манёвренных характеристиках, а следовательно, и в боевой эффективности. Существование серийного истребителя F-22 говорит само за себя. Совершенствование оборудования и ракетного вооружения безусловно усиливает эти преимущества.

На Т-50 невозможно отметить какие либо технические решения для достижения ЛТХ истребителя 5-го поколения.



Далее рассмотрим радиолокационную заметность истребителя 5-ого поколения

Исследования по уменьшению РЛ-заметности показали, что может быть достигнуто уменьшение интенсивности отраженного сигнала РЛС специальным заданием обводов самолёта, использования покрытий поверхности самолёта специальными материалами. Большую роль играет отсутствие уголковых отражателей, разрывов поверхности. Элементы самолёта, являющиеся радиолокационными отражателями, должны быть сведены к минимуму, так же к минимуму должно быть сведено число направлений отраженных сигналов, причём отражённые сигналы должны быть выведены за пределы нормируемых углов (секторов) облучения самолёта.

Большая работа по исследованию стелс-технологий проведена Институтом теоретической и прикладной электродинамики Объединённого института высоких температур РАН. В течение многих лет развиваются численные методы расчёта ЭПР, изучается зависимость магнитной проницаемости мелкодисперсных частиц и тонких магнитных плёнок – основы для создания радиопоглощающих покрытий, развивается плазменно-вакуумная технология создания покрытия на фонаре кабины экипажа, разработаны многослойные керамические покрытия для уменьшения ЭПР полости сопла двигателя, решена проблема уменьшения отражения от носового обтекателя самолёта под которым находится антенна БРЛС, т.к. вклад антенного блока в ЭПР самолёта может значительно превосходить вклад всех остальных элементов его конструкции, создано лабораторное оборудование.

И вот на ряду с такими усилиями разработчики Т-50 практически мало что сделали для снижения ЭПР планера. Необходимо сказать уже в начале, что Т-50 не соответствует требованиям, предъявляемым к истребителям 5-го поколения. Информацию об этом можно получить из Вестника Российской Академии Наук (том 73, № 9, 2003 г.). На с.779–787 помещена статья А.Н. Лагарькова и М.А. Погосяна – Фундаментальные и прикладные проблемы стелс-технологий. В данной статье освещены результаты совместной работы фундаментальной (ИТПЭ ОИВТ РАН) и прикладной (ОКБ Сухого) науки. Итогом этой работы стало радикальное снижение уровня радиолокационной заметности серийного самолёта четвёртого поколения типа Су-27 (на фотографии Су-27М с бортовым номером 708).

На с.785 подводится итог исследований. «Если в 1980-х годах самолёты типа F-15 (можно читать Су-27) имели ЭПР более 10 м2, то у модернизированного авиационного комплекса ЭПР составляет 1–1,5 м2, а у перспективных авиационных комплексов пятого поколения, таких как F 22, JSF – 0,3 м2». По поводу ЭПР Су-27 смотрим на с.781, рис.3. На данном рисунке приведена диаграмма ЭПР самолёта, на которой приведены усреднённые по диапазону углов места ±30° значения ЭПР – 10–20 дБ, что соответствует 10–15 м2.

Теперь о сходстве геометрических обводов Т-50 и Су-27. Самолёты имеют одинаковые мотогондолы и осесимметричные сопла. Воздухозаборник на Т-50 строго по оси двигателя, так же как на Су-27. Кроме этого на Т-50 наклон бортов НЧФ, воздухозаборников, килей ~25–26°, а это означает, что при осреднении ЭПР в диапазоне ±30° по углу места, в этот нормируемый диапазон попадает прямой отражённый сигнал от поверхности бортов фюзеляжа, воздухозаборников и килей. Эффект от такого наклона бортов и килей сводится к нулю. А на самолёте F-22 борта и кили наклонены на 30°, т.е. в нормируемый диапазон оценки ЭПР прямой отражённый сигнал не попадает, он на границе зоны. В идеале нижняя и верхняя поверхности самолёта должны быть плоскими, а боковая поверхность – в пределе острое ребро.

Необходимо отметить, что выбор диапазона углов осреднения для оценки величины ЭПР производится с учётом тактико-технических характеристик зенитно-ракетных комплексов.

Из выше сказанного следует, что реализация мероприятий по снижению ЭПР самолёта Т 50, аналогично Су-27, обеспечит уровень ЭПР – 1–1,5 м2 (уровень поколения 4++).



О возможности получения преимущества перед самолётом F-22

На самолёте Т-50 имеются два отсека вооружения под ракеты 4×Х-38 либо 4×Х-58УШКЭ (длина ракеты ~4.200 мм, квадрат 400×400). Среди ракет «воздух-воздух» большой дальности в данный размер отсека может разместится модифицированная ракета Р-37 либо её дальнейшее развитие. Получение преимущества перед F-22 возможно за счёт опережающего пуска ракеты большой дальности. Тем не менее, есть одно но. Ракета типа Р-37 является развитием ракеты Р-33 и имеет такую же плохую аэродинамику. Для получения большой дальности пуска Р-33 с самолёта МиГ-31 необходимо разогнаться до скорости, соответствующей М>2. Только при таком начальном импульсе Р-33 летит на Дп>110 км. Ракета Р-37 несколько лучше Р-33, но картину это не меняет. На испытаниях МиГ-31 с М=2,2 поражал воздушную цель с дальности 228 км. (Журнал «Аэрокосмическое обозрение». № 5, 2005 г, с.57)

Понятно, что для того чтобы достичь на Т-50 скорость, соответствующую М=2, необходим режим ПФ, затем самолёт останется без топлива.

Неприятности с ракетой Р-33, были получены ещё при создании самолёта Су-27. Область пуска ракеты Р-33 для самолёта Су-27 лежит внутри области пуска ракеты Р-27Э. (Истребитель Су-27. Начало истории. П. Плунский и др., М, 2005, с.257, Зоны досягаемости ракет Р-33 и Р-27Э).

То, что проблема существует, понимают и в ВС РФ. Подтверждением этого является обсуждение в открытой прессе приоритетов финансирования. В бытность Заместителя Начальника Генерального штаба генерал-полковник А.А. Ноговицын отстаивал модернизацию самолёта МиГ 31, а Главком ВВС генерал-полковник А.Н. Зелин выступал за приоритетность работы над ПАК ФА, утверждая, что задачи ВКО будут успешно решены Т-50.

Генерал-полковник А.А. Ноговицын – лётчик ПВО, поэтому ему понятны возможности уникального перехватчика МиГ-31, который в обозримом будущем заменить нечем.

На F-22 с М=1,5 ракета средней дальности летит на большую дальность. Это одно из тактических преимуществ за счёт крейсерской сверхзвуковой скорости полёта.

Кроме этого Т-50 в качестве истребителя-бомбардировщика с Х-38, Х-58УШКЭ не сможет поражать особо укреплённые цели, т.к. в его отсеки не размещаются тяжёлые бомбы КАБ-1500 и УПАБ-1500. И это несмотря на два больших отсека вооружения. Использование Т-50 в авиации ВМФ РФ так же проблематично, т.к. противокорабельные ракеты «Калибр», «Оникс» в отсеках не размещаются. Объясняется этот казус явным промахом в выборе конструктивно-силовой схемы фюзеляжа. Отсеки разделены силовой зоной, на которую сдаётся нагрузка с крыла. Таким образом, Т-50 не может быть базовым для создания модификаций истребителя-бомбардировщика ФА и авиации ВМФ. Подвеска тяжёлых ракет на внешней подвеске блокирует отсеки. Потребуется ещё большие материальные ресурсы и время для создания модификаций таких самолётов. Всё это происходит на фоне позитивного опыта создания самолётов Су-27, Су-47 и F 22.





Сравнение характеристик самолётов Су-27 и Т-50

(по материалам открытой печати)

Параметр




Су-27

Т-50

Масса пустого,

кг

17.400

18.500

Максимальное аэродинамическое качество




10,6

9

Число Мкр, режим двигателей MAX 2-ой этап




1,5–1,6 (Н=11 км)

1,5

ЭПР, σ

м2

15

1,5

Омываемая поверхность самолёта (без/с отсеком),

м2

305/295

285–290

Мидель самолёта (без/с отсеком),

м2

4,19/4,8

4,65–4,7

Площадь консоли крыла,

м2

18,6

16,1

Стреловидность крыла по передней кромке,

°

42

49

Удлинение крыла




3,483

2,333

Размах механизация задней кромки,

м

3,1 (флаперон)

2,8 (закрылок + флаперон)

•  По сравнению с Су-27 и его модификациями, большая масса пустого самолёта Т-50 при меньшей площади его консолей и большей стреловидности по передней кромке крыла приведёт к ухудшению ВПХ Т-50.

•  Низкое аэродинамическое качество Т-50, по сравнению с Су-27, приведёт к снижению дальности полёта.

•  Организация отсеков на Су-27 под центропланом позволяет создать модификацию самолёта с лучшими ЛТХ

•  Уровень ЭПР Т-50 не соответствует требованиям к истребителям 5 го поколения. Аналогичные мероприятия но снижению ЭПР на Су-27 обеспечивают σ=1,5 м2.



•  Модификация самолёта Су-27 с отсеками под четыре ракеты Х-38 и двигателями «117» (в последующем с двигателями 2-ого этапа) будет иметь более высокие ЛТХ, по сравнению с Т-50.

В июле 2010 года в США начались лётные испытания самолёта F 15S с отсеками под ракеты средней дальности AMRAAM.



Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница