Авиация и космонавтика 2011 06

Для работы с коротких взлетных полос Су-7Б могли использовать стартовые ускорители

В. Ю. Марковский И. В. Приходченко

ИСТРЕБИТЕЛЬ-БОМБАРДИРОВЩИК Су-17

(Продолжение. Начало в № 05/2011 г.)

К середине 60-х годов были сформированы новые требования к многоцелевому фронтовому самолету:

— сверхзвуковая скорость в крейсерском полете и способность прорыва ПВО на малых высотах;

— короткий взлет и посадка, позволяющие базироваться на полевых аэродромах с длиной ВПП порядка 500–600 м;

— большой радиус действия — 700–800 км с 1 т бомб.

Перспективным для удовлетворения этим противоречивым требованиям представлялось применение крыла с изменяемой стреловидностью (КИС). Собственно говоря, термин звучит как "крыло с изменяемой геометрией", или сокращенно КИГ, так как при повороте консолей существенно меняется не только стреловидность, но и площадь консолей, и относительная толщина профиля, и удлинение, и сужение, одним словом, все важнейшие аэродинамические характеристики главной несущей поверхности.

Хотя сама идея изменения основных параметров крыла зародилась еще в тридцатые годы и имела некоторый опыт реализации, во всей полноте эту проблему предстояло решить только теперь. Всякая идея обретает жизнь только тогда, когда она становится действительно необходимой, а преимущества КИГ наиболее полно могли проявиться именно у сверхзвуковых самолетов с широким диапазоном рабочих режимов полета.

Интерес к изменению стреловидности крыла имеет достаточно давнюю историю, появившись едва ли не сразу с внедрением в авиации самой стреловидной схемы со всеми ее достоинствами и недостатками. Будучи основным элементом конструкции, влияющим на летнотехнические характеристики самолета, крыло в первую очередь "отвечает" за их достижение. Соответственно, и в стремлении обеспечить машине наиболее выгодный диапазон летных параметров внимание конструкторов и аэродинамиков обратилось именно на этот агрегат.

Изменяемая стреловидность крыла сулила получение сочетания наивыгоднейших характеристик на разных режимах полета — от взлетно-посадочных, требующих небольших скоростей, до крейсерских и максимальных, с достижением больших скоростей и высот. Наиболее важным параметром, определяющим аэродинамические характеристики самолета, служит качество, представляющее собой отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению. При прочих равных условиях аэродинамическое качество зависит преимущественно от толщины профиля, удлинения крыла и угла стреловидности. В дозвуковом полете качество возрастает с увеличением удлинения и использованием более толстых профилей, однако имеет тенденцию к уменьшению с ростом стреловидности. Сверхзвуковой полет, напротив, требует использования тонких профилей, малого удлинения и увеличения стреловидности, при которых достигается приемлемое аэродинамическое качество. Сохранить его близким к оптимальному представлялось возможным только посредством изменения геометрических параметров крыла в полете, "подстраиваясь" под меняющиеся условия.

В "развернутом" положении с малой стреловидностью становившееся почти прямым крылом приобретало характеристики, удовлетворяющие требованиям обеспечения взлетно-посадочных качеств, придавая самолету возможность держаться в воздухе и управляться на небольших скоростях, способствуя упрощению пилотирования на этих режимах, а также позволяя использовать для взлета и посадки площадки ограниченных размеров. Дополнительные выгоды приносила также возможность использования механизации крыла, предкрылков и закрылков, устанавливаемых по всему размаху "развернутого" крыла и наиболее эффективных как раз у прямого крыла большого удлинения. Их применение позволяло затянуть срыв потока на больших углах атаки, сопутствующих взлетно-посадочным режимам, и получить дополнительный выигрыш в уменьшении скорости. Теоретически разбег и пробег самолета с крылом в такой конфигурации представлялось возможным уменьшить в 1,5–2 раза, а вертикальную скорость снижения при заходе на посадку — в 2–2,5 раза.

"Сложив" крыло, самолет лучше соответствовал требованиям скоростного полета: увеличенная стреловидность, сопровождавшаяся уменьшением толщины и удлинения, а также трансформированием профиля в "остроносый", позволяла затянуть "волновой кризис", возникающий из-за появления скачка уплотнения, сопутствующего около-и сверхзвуку. В сочетании с меньшим лобовым сопротивлением это способствовало достижению требуемых скоростей. Кроме того, у стреловидных крыльев выход на сверхзвук не сопровождался значительным смещением положения фокуса, свойственным прямому крылу, соответственно, и расходы на перебалансировку оказывались не столь существенными (в обычном случае компенсировать изменение балансировки самолета необходимо рулем высоты, используя автоматику для сохранения устойчивости).

Крыло большой стреловидности обеспечивало также выгоды при скоростном полете на малых высотах, вошедшем в практику боевого применения при осуществлении скрытного прорыва ПВО, скоростном броске к цели и нанесении маловысотного удара. Полет у земли на этом режиме сопровождается не самыми благоприятными условиями — приземной турбулентностью воздуха, возмущениями атмосферы, восходящими и нисходящими потоками, вызванными особенностями земной поверхности и ее нагревом. Все эти возмущения воздействуют на самолет, создавая болтанку. На большой высоте экипаж имеет возможность обнаружить и обойти область неспокойной атмосферы, в полете у земли это практически невозможно из-за недостатка времени и по тактическим соображениям. Болтанка с частой сменой перегрузок и тряской одинаково плохо переносится и летчиком, и машиной. Весьма ощутимые сотрясения с уровнями, выходящими на грань допустимых, негативно сказываются на состоянии конструкции, прочности и работоспособности оборудования, а для человека их высокая частота способна привести к самым негативным последствиям. Исследования авиационных медиков показывали, что изменения перегрузки с амплитудой 0,5, происходящие с частотой 5… 12 раз в минуту, сказываются на работоспособности летчика, но переносимы при надлежащей тренировке, однако при частотах свыше 12 раз в минуту они практически непереносимы и выполнение задачи становится проблематичным. В то же время по мере роста скорости в полете у земли самолет чаще "натыкается" на очаги турбуленции и атмосферные порывы, следствием чего оказывается более частая тряска. В "компактном" виде со сложенным крылом коэффициент подъемной силы уменьшается, машина становится менее чувствительной к болтанке и подвергается меньшим нагрузкам как по частоте воздействий, так и по амплитуде. Уменьшение этой зависимости от атмосферных турбуленций улучшает условия пилотирования, предотвращает чрезмерное утомление экипажа, а также способствует эффективности выполнения задачи за счет улучшения условий работы летчика и оборудования, возможности ориентирования, точного прицеливания и нанесения удара.

Изменение стреловидности крыла с сопутствующим изменением аэродинамических параметров позволяло варьировать также условия выполнения боевой задачи, в частности, при обеспечении требуемой дальности полета. В общем случае принято считать, что наилучшая дальность достигается при полете с высоким аэродинамическим качеством, свойственным прямому крылу. На практике не менее существенными оказываются и другие факторы, сопутствующие выполнению задания, определяющими для которых может оказаться, к примеру, набор параметров, включающий удельную нагрузку на крыло. Малая удельная нагрузка, свойственная "развернутому" крылу, обеспечит как хорошие взлетно-посадочные качества, так и большую дальность полета на дозвуке. Если же предполагается выполнение скоростного полета к цели и быстрый разгон для боевого маневрирования, более выгодным является обеспечение высокой удельной нагрузки, достигаемой "складыванием" крыла и полетом с большой стреловидностью, причем и дальность при этом за счет меньшего сопротивления может оказаться несколько выше.