Винищувачі. П’яте покоління: Су-47 «Беркут»
Коротко ще про один загадковий проект. Су-47, він же С-37, він же Су-27КМ. Суперечливих версій про нього в пресі достатньо, тому викладу одну, саму, на мою думку, правдоподібну.
Починався він як конкурент МіГ МФІ у конкурсі на винищувач 90-х років. Звичайно, в проекті були передбачені всі вимоги до п'ятого покоління (або майже все, про це нижче), але головна, явно видима відмінність від інших літаків – крило зі зворотною стріловидністю (КОС). І якщо у більшості тих, хто цікавиться авіацією, воно викликало лише питання типу «А що це йому крила задом наперед прикрутили?», то у фахівців сумніви були набагато обґрунтованіші.
Експерименти із подібним крилом відомі давно. Ще в 1944 році вперше злетів німецький бомбардувальник Юнкерс Ju-287, який зі зрозумілих причин у серію не пішов.
Відразу після війни досліджувати КОС почали в ЛІІ (льотно-випробувальному інституті). Один із планерів П.П. Цибіна з КОС і пороховим прискорювачем в 1947 досягав швидкості 1150 км/год. Потім до випробувань КОС повернулися у 70-х роках. Ось фото продування експериментальної версії МіГ-23 з КОС:
Не відставали і американці, ось, наприклад:
Експериментальний Northrop Grumman X-29. Фото airwar.ru
Було й багато інших експериментів, як у нас, так і за кордоном. Чим же так завзято приваблює конструкторів таке крило? Про це добре розповідає Павло Булат у http://www.paralay.com/stat/Bulat_9.pdf. Не вдаючись у технічні терміни, перерахуємо коротко його переваги.
1. Опір повітря на дозвукових швидкостях менший на 20%.
2. При наближенні швидкості польоту до швидкості звуку з'являються так звані ударні хвилі абострибки ущільнення. Це знов-таки призводить до зростання опору, який називається хвильовим. У КОС воно менше.
3. КОС краще поводиться на великих кутах атаки.
4. У КОС кращі характеристики поздовжньої стійкості та ефективність органів управління.
Ну і ще пара переваг, важливих для п'ятого покоління.
5. Відхилена "всередину" передня кромка краще для малопомітності.
6. Зброю (ракети та бомби) треба ховати у внутрішні відсіки, а вони, зі зрозумілих причин, повинні знаходитися поблизу центру тяжіння літака. У звичайних літаків там знаходиться і центроплан, елементи кріплення крила, що заважає створенню великих відсіків. У КОС, як ми бачимо з фото вище, центроплан зміщений назад, залишаючи місце для відсіків зброї вільним.
А з цих переваг витікає і краща маневреність, навіть без застосування двигунів з керованим вектором тяги, і більша підйомна сила в порівнянні зі звичайним крилом тієї ж площі, і збільшення дальності польоту на дозвукових швидкостях, і хороші протиштопорні Характеристики.
Бачите, скільки "смаків" спокушають конструкторів ось уже більш ніж півстоліття? Але чому ж тоді ми досі не бачимо у серії літаків із КОС? Логічно припустити, що є недоліки та проблеми, які зводять нанівець усі переваги. Перерахуємо їх, спираючись на статтю того ж таки Павла Булата.
1. Політ на надзвукових швидкостях відрізняється від дозвукових зміщенням так званого аеродинамічного фокусу (вибачте, не зміг обійтися без спецтермінології), а це викликає необхідність зміни балансування літака, для чого є горизонтальне оперення. Так от, у нормальній схемі балансувальний опір значно менше, ніж у схемі з КОС, а у схемі "качка", коли замість стабілізаторазастосовується переднє горизонтальне оперення (якраз як у МіГ-1.42), цей опір ще й зменшується зі зростанням швидкості. Тобто літак з КОС погано пристосований для тривалих польотів на надзвуку, а це, як ми пам'ятаємо, одна з вимог до п'ятого покоління. Втім, конструктори говорили, що з двома двигунами тягою по 20 тонн кожен тривалий безфорсажний надзвук можливий. Хто правий – не знаю.
2. При збільшенні кута атаки зростає навантаження на крило, і воно згинається. При цьому у звичайного крила "місцевий" кут атаки зменшується, у КОС ще більше збільшується. Це не є добре, оскільки викликає руйнування крила, і з цим намагалися боротися, збільшуючи жорсткість, що призводило до переускладнення конструкції.
Проблема частково вирішилася з появою композитів. Це вуглепластик та інші нові віяння. Грубо кажучи, це кілька десятків шарів спеціальної тканини, просоченої сполучною і спресованою. Композити багато в чому кращі за алюміній або титан. З їхньою появою стало можливим задавати пружні властивості так, що місцеві кути атаки не збільшуються. Щоправда, для цього потрібно забезпечити складну, спрямовану структуру джгутів вуглеволокна, а це говорить про його неремонтопридатність. Адже найменше пошкодження з розривом ниток призводить до того, що міцність втрачає не цю невелику ділянку поверхні, а вся панель.
Наприклад, коли в нашому полку один солдатик з дахом, що поїхав, проткнув штик-ножем алюмінієву обшивку літака, то її просто залатали. Замініть солдатика кульовою пробоїною після бойового вильоту, і зрозумієте, що навіть композит не розвалиться від цієї пробоїни, і літак долетить до аеродрому, то міняти доведеться всю панель, ніякі латки неможливі через втрату міцності. Уявіть собі такий винищувач у бою, поставкидорогих (1,5 мільйона радянських рублів) великогабаритних панелей як запчастини для нього та ремонт у польових умовах.
Технології виготовлення композитів також складні. Доводилося бачити на телеканалі "Діскавері", як це роблять у США. Дві тітки натягують вручну шар тканини на болванку, промазують пензликами, наступний шар і т.д. Втім, маю на увазі, що цей процес постійно вдосконалюється, і знаю, що в Україні цим займаються дуже серйозно.
Загалом композити хороші для цивільної авіації. Та й там є питання, наприклад, зі втомною міцністю.
Ще на один недолік Су-47 вказує http://fan-d-or.livejournal.com/tag/КОС:
Тепер, познайомившись з аеродинамічними особливостями КОС, повернемося до шанованого тусовкою за просунутість С-37:
Дивлячись на компонування С-37, ми насамперед маємо відзначити наявність кореневого вихрегенатора!
А це означає, що неминуче зіткнення двох вихрових структур - вихору, створеного кореневим вихрегенератором, і вихору, що стікає з крила. Таке зіткнення абсолютно неминуче має призвести до інтенсивного бафтингу хвостового оперення, з яким за великим рахунком впоратися не вдасться (і як показало життя - так і не вдалося).
Зате такий літак має одну незаперечну перевагу: як сказав один американський льотчик (правда, він сказав це про маневр «кобра»), «Ого-фактор б'є вище даху». Це дало підстави говорити, що КОС для того й застосували, щоб справити враження на держкомісію, виграти конкурс та замкнути фінансування на себе. А насправді, нібито різні проекти майбутнього ПАК ФА вже опрацьовувалися на папері, і насправді КОС ніхто застосовувати не збирався. Так чи ні думав М.П. Симонов, тодішній Генеральний КБ Сухого, ніхто тепер нескаже, але на користь цієї версії говорить і те, що безфорсажний надзвук навряд чи забезпечувався, і те, що ПАК ФА розроблений зовсім за іншою схемою, напрацювання з КОС не використовували.
Проте конкурс виграв МіГ МФІ, і доля Су-47, начебто, вирішена: музей авіації в Моніно, поряд з іншими екзотичними проектами.
Але проектом вдалося зацікавити військово-морський флот. Що ж привабило морських авіаторів? Дві особливості, які з властивостей КОС. Довжина розбігу/пробігу була лише 90 метрів, а крім того, КОС, завдяки великим допустимим кутам атаки, допускало зліт з трампліна авіаносця з більшою просадкою:
Додам, що ці вимоги особливо важливі ще й тому, що в радянських авіаносцях недаремно відмовилися від парової катапульти (як це зроблено в американських авіаносців) на користь трампліну: адже за мінусових температур намерзання пари - нерозв'язна проблема.
А щоб не надто афішувати новий проект, вчинили дуже просто: назвали його Су-27КМ (корабельний модифікований), хоча нічого спільного з Су-27 у нього не було.
Звісно, літак довелося ґрунтовно переробити. Крім гальмівного гака і нахилених усередину кілів з'явилося плоске поворотне сопло, що відокремлюється при катапультуванні кабіна, яка дозволяла довше вижити льотчику у воді (втім, це заслуга знаменитого КБ "Зірка", що розробив раніше відоме на весь світ катапультне крісло) задумано було складати за оригінальною схемою:
Я не міцний, але смію вважати, що система складання крила ніяк не додала йому, крилу, міцності. У всякому разі, той факт, що ПАК ФА розроблений з нуля, а не за схемою Су-47, явно говорить про те, що всі проблеми з КОС вирішити так і не вдалося, а максимальнішвидкості та кути атаки побудованих Су-47 були суттєво обмежені через виявлені втомні дефекти крила та центроплана. Це при тому, що систему складання крила поки що так і не впровадили.
Окрім "Ого-фактора" було проведено й мошну, як би сказали зараз, піар-компанію в пресі, незважаючи на, здавалося б, непереборний гриф "Цілком таємно". Ось як розповідає про це сайт "Куток неба":
Статті різних вітчизняних видань зарясніли сенсаційними заголовками. Далібув інспірований скандал навколо мікоянівського літака "1.44", створеного в ході розробки перспективного багатофункціонального фронтового винищувача (МФІ) "проект 1.42", при неодмінному порівнянні в тій чи іншій мірі з С-37, що вже літає. Переліченого цілком достатньо, щоб читачі постаралися розширити свої знання в окремих позначених моментах і самі вирішили, чим насправді була та злощасна фотографія "на згадку" - несанкціонованим витоком або добре продуманим "вкиданням". А що ж "літак із крилами вперед"? Коли інформаційна "піна" влягла, його стали називати коректніше - "експериментальний літак для відпрацювання перспективних технологій ", а трохи пізніше він отримав чергове нове позначення "Су-47".
Через розвал країни проект затих раніше, ніж закінчилися випробування. Добудову трьох існуючих літаків здійснювали вже за рахунок КБ, а на майбутніх авіасалонах МАКС літак чесно позиціонувався не як винищувач, а як демонстратор технологій. На цьому літаку випробовувалося не тільки КОС, а й відсік розміщення озброєння, і багато іншого, що йшлося у майбутньому ПАК ФА. А великі панелі з композитів, з мінімумом зазорів та елементів кріплення (це знижує радіолокаційну помітність, масу, та покращуєаеродинаміку) старанно і у всіх подробицях фотографували на виставках іноземні журналісти, серед яких завжди є неабияка частка… м-м-м… скажемо прямо, швидше за шпигунів, ніж журналістів.
Були, кажуть, і такі випробування:
Ось така дивна історія, яка вкотре підтверджує сказане в попередній статті циклу про цькування МІГ МФІ в пресі.