Ваний (например, легкие опытные истребители Дженерал Дайнэ-микс YF-16 и Нортрон YF-17), говорят о возможности решения задачи различными способами: самолеты могут иметь неодинаковые внешние конфигурации, конструктивно-силовые схемы, число двигателей и т. д. Немаловажную роль играют и традиции фирмы, заставляющие проектировщиков ради уменьшения технического риска принимать уже проверенные аэродинамические схемы и конструктивные решения. Поэтому свести проектирование таких самолетов к четкому однозначному алгоритму в настоящее время не представляется возможным.

В течение многих лет после второй мировой войны ВВС технически развитых стран стремились иметь в своем арсенале тактический самолет с большой сверхзвуковой скоростью полета, способный с помощью управляемых снарядов различного класса решать широкий диапазон боевых задач (концепция многоцелевого истребителя). Однако практика показала, что многоцелевой истребитель не может соперничать со специализированным самолетом, рассчитанным на выполнение какой-либо конкретной задачи. Установлено, что основной характеристикой истребителя следует считать маневренность, а не максимальную скорость полета, и что способность эффективно вести ближний воздушный бой является главной особенностью современного истребителя. Так родилась концепция истребителя, способного завоевать превосходство в воздухе и сохранить его на протяжении воздушного боя.

Термин завоевание превосходства в воздухе истолковывается по-разному, но его основная сущность заключается в контролировании воздушного пространства при тесном взаимодействии с наземными войсками с тем, чтобы не допустить поддержки противника с воздуха. В концепции истребителя для завоевания превосходства в воздухе основное внимание уделяется воздушному бою (истребитель F-16), применению стрелкового оружия и управляемых реактивных снарядов (УРС) малой дальности действия.

Три основные особенности присущи эффективному истребителю воздушного боя: большая тяговооруженность, малая нагрузка на крыло и объединенная система управления огнем и полетом, обеспечивающая применение снарядов воздух-воздух и пушечного вооружения в ближнем воздушном бою в условиях визуальной видимости. Исследования ВВС США показали, что воздушные бои современных истребителей ведутся при скоростях, соответствующих числам М = 0,4... 1,6 (в основном в интервале чисел М = =0,6... 1,0), и на высотах от 3000 до 12000 м (в основном ниже 9000 м) независимо от максимальной скорости участвующих вбою самолетов.

10.1.2. Боевые задачи и требования к самолету тактической авиации

Основные задачи, которые должен выполнять самолет тактической авиации: завоевание превосходства в воздухе, тактические ударные операции, непосредственная поддержка наземных войск 258

(изоляция поля боя), использование в системе ПВО, тактическая разведка и нанесение ударов по морским целям.

Завоевание превосходства в воздухе считается главной боевой задачей для большинства современных истребителей. Наиболее важными характеристиками самолета являются хорошая маневренность на малых и средних высотах и способность длительного патрулирования в районе боевых действий.

Например, основные требования к самолету F-15 и F-I6 (США): 1,7; радиус действия в полете на Я 11 км и М = 0,9- 400...600 км (с подвесными топливными баками - 900... 1200 км); предельная перегрузка Пу - 9... 10; перегрузка установившегося маневра Пу = 6...8 (УИ 0,8; Я л; 3 км); патрулирование в течение 20...30 мин; воздушный бой при числе М = 0,8 (с использованием полного форсажа) в течение 2...5 мин; вооружение - пушка (300...500 снарядов для легких истребителей, 650...1000 снарядов для тяжелых истребителей), 4...8 УРС класса воздух-воздух ближней и средней дальности действия; посадочная скорость - 220... 230 км/ч; посадочная дистанция (высота препятствия 15 м) около 800 м.

Тактические ударные операции наиболее эффективно выполняются при полете самолета на малой высоте с околозвуковой скоростью. Отличительной особенностью самолета является способность достигнуть, опознать и атаковать различные по характеру цели днем и ночью, в любых метеорологических условиях.

Например, требования к английскому самолету Панавча 200MRCA: скорость проникновения к цели на высоте около 150 м должна соответствовать числу М = 0,7, с возможностью броска при М = 0,9 на последних 150 км до цели; радиус действия в полете по профилю малая-малая высота - 50...650 км; предельная перегрузка Пу = 9; перегрузка установившегося маневра на малой высоте (при М = 0,7) Пу = 5; продолжительность маневра и уход от цели (возможно, при М > 1) 5 мин; вооружение, соответствующее выполняемому заданию, - бомбы, контейнеры с неуправляемыми реактивными снарядами (НУРС), пушка и т. д.; общая масса грузов на внешних узлах подвески- 4500...7000 кг; посадочная скорость около 230 км/ч; эксплуатация с относительно коротких, элементарно подготовленных ВПП.

Непосредственная поддержка наземных войск состоит в нанесении ударов по небольшим точечным и площадным целям, находящимся в непосредственной близости от войсковых подразделений, которым оказывается авиационная поддержка. Характерной особенностью самолета в данном случае является длительное патрулирование (барражирование) в зоне боевых действий, хорошие характеристики управляемости при дозвуковых скоростях, высокая точность нанесения удара по небольшим целям в условиях минимальной видимости. Кроме того, самолет должен обладать повышенной живучестью.

Основные требования к самолету в данном случае близки к требованиям при выполнении тактических ударных операций: так, для самолета F-15 скорость полета к цели на малой высоте - околозвуковая; радиус действия в полете по профилю большая - малая-большая высота - 450...800 км; перегрузка установившегося маневра Пу = 5; ведение боевых операций в течение 5 ...10 мин; боевая нагрузка, отличающаяся высокой поражающей способностью, общей массой 3500...6500 кг.

Использование в системе ПВО современного истребителя может иметь успех только в случае сочетания необходимых характеристик самолета, радиолокационной станции, установленной на нем, и управляемых реактивных снарядов. Эффективность перехвата в конечном счете зависит от таких факторов, как дальность обнаружения цели и маневренность самолета на сверхзвуковых скоростях. Особенностью истребителя-перехватчика является большая скороподъемность, быстрый разгон и полет в зону перехвата на большой сверхзвуковой скорости.

Основные требования к самолету: Панавна 200 MRCA: М 2,5; длительный сверхзвуковой полет при М = 2,20...2,35; радиус действия (рубеж перехвата) - 350...950 км; предельная перегрузка Пу ~ 9...10; перегрузка установившегося маневра при числе М = 2,0 > 2,0; вооружение - 2...8 УРС средней и большой дальности действия (40...165 км); посадочная скорость - 220...240 км/ч.

Тактическая разведка с помощью истребителей выполняется на очень малых высотах. ВВС Англии полагают, что высота 80... ...90 м является пределом для относительно безопасного полета. Чем ниже высота полета, тем более точной должна быть система навигации самолета (вплоть до применения радиолокатора следования рельефу местности). Особенностью истребителя, используемого в качестве самолета фото- и радиоразведки, является большой радиус действия в полете по профилю большая-малая-большая высота , что достигается применением подвесных топливных баков. Главные требования к самолету в основном такие же, как и при выполнении тактических ударных операций. Вместо бомбовой нагрузки в данном случае истребитель Панавна 200 MRCA несет специальный контейнер, который вмещает фотокамеры, радиолокатор бокового обзора, инфракрасную систему и другую аппаратуру для ведения всепогодной разведки.

Нанесение ударов по морским целям является одной из задач истребителей флота F-14 и F-18, базирующихся на авианосцах. Эти палубные истребители, как и истребитель ВВС, предназначены для рещения целого ряда боевых задач: завоевания превосходства в воздухе при сопровождении ударных самолетов и высадке десанта, нанесения ударов по морским и наземным целям, использования в системе ПВО для защиты соединений флота, ведения тактической разведки и т. д.

По мнению специалистов фирмы Грумман, ограниченные размеры палубы авианосца диктуют дополнительные жесткие требования к палубным истребителям. Взлет с помощью катапульты и особенно посадка с применением задерживающих устройств (причем в плохих метеоусловиях без выдерживания и с вертикальной скоростью около 4,6 м/с) требуют существенного увеличения прочности щасси; для размещения самолета на лифте и в ангаре концы крыльев необходимо отклонять вверх, а киль вбок (при большой высоте киля) и т. д.

Таким образом, даже беглое знакомство с боевыми задачами самолетов тактической авиации говорит о большом разнообразии и противоречивости требований, которым должен удовлетворять самолет, выполняющий эти задачи. В идеальном случае конфигурация самолета должна была бы объединить в себе достоинства различных аэродинамических схем: хорошие пилотажные и маневренные характеристики на дозвуковых скоростях самолета с прямым крылом большого удлинения; хорошие характеристики на трансзвуковых скоростях самолета со стреловидным крылом умеренного удлинения; хорошие характеристики на сверхзвуковых скоростях и небольшую массу конструкции самолета с высо-конагруженным треугольным крылом малого удлинения и т. д. Воплотить все положительные качества различных аэродинамических схем в одном самолете невозможно, следовательно, необходимо искать приемлемое компромиссное решение.

10.2. ОСОБЕННОСТИ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ КОМПОНОВКИ САМОЛЕТА

10.2.1. Внешняя конфигурация самолета

При выборе аэродинамической схемы самолета в целом и отдельных его частей важно верно определить какому режиму полета и в какой степени отдать предпочтение, дозвуковому или сверхзвуковому. Правильный ответ на поставленный вопрос предопределяет оптимальное компромиссное решение проблем, связанных с аэродинамической компоновкой.

При дозвуковых скоростях компонентами лобового сопротивления являются сопротивление трения, пропорциональное площади смачиваемой поверхности, сопротивление давления и индуктивное сопротивление, пропорциональное квадрату отношения подъемной силы к размаху крыла.

При сверхзвуковых скоростях полета больщую роль в создании сопротивления играют скачки уплотнения. При этом основным компонентом сопротивления является волновое сопротивление.

Идеальная аэродинамическая схема сверхзвукового самолета, удовлетворяющая условию минимизации волнового сопротивления, зависит от расчетного числа М полета. Поскольку, в отличие от сверхзвуковых самолетов других типов, современный истреби-

сверху и снизу

сверху i

Рис. мы

10.1. Аэродинамические схе-истребителей F-5 и YF-17: а - F-5 (обычное правило площадей. Схема оптимальна для разгона прн сверхзвуковых скоростях); 6 - YF-I7 (дифференциальное правило площадей. Схема оптимальна для виража при сверхзвуковых скоростях)

тель должен обладать высокой эффективностью в весьм широком диапазоне чисел М и углов атаки (также влияющих на конфигурацию самолета), использование правила площадей (см. гл. 8) при его аэродинамической компоновке затруднено. Тем не менее повышенная важность характеристик маневренности на трансзвуковых и сверхзвуковых скоростях обязывает использовать это правило, которое в данном случае сводится к минимизации миде-левого сечения и сглаживанию эпюры распределения площадей поперечных сечений по длине фюзеляжа. На некоторых истребителях применяется так называемое дифференциальное правило площадей, при котором поджатие фюзеляжа над и под среднерасположенным крылом имеет различный характер. Ценою некоторого увеличения лобового сопротивления при нулевой подъемной силе обеспечивается полезная интерференция, приводящая к увеличению подъемной силы при заданном угле атаки. Области сильного разрежения, которые образуются над крылом в результате уменьшения площадей верхней части сечений, распространяются вдоль линий Маха на обширную поверхность крыла, создавая дополнительную подъемную силу. Кроме того, возникает благоприятный продольный момент, способствующий уменьшению балансировочного сопротивления. Примером использования обычного и дифференциального правила площадей в аэродинамической компоновке самолета могут служить истребители фирмы Нортроп F-5 и YF-17 (рис. 10.1).

В проектировании современных сверхзвуковых самолетов все чаще используется интегральная аэродинамическая схема, отличительной особенностью которой является плавное сочленение крыла с фюзеляжем как в плане, так и в поперечных сечениях. Интегральная аэродинамическая схема позволяет снизить лобовое сопротивление на трансзвуковых скоростях (благодаря лучшему использованию правила площадей) и увеличить подъемную силу при больших углах атаки (вследствие большей несущей способности фюзеляжа).

Одной из фундаментальных проблем проектирования истребителя, связанной с его внешней конфигурацией и общей компоновкой, является выбор числа двигателей (один или два). Число двигателей в значительной степени определяет форму фюзеляжа, размещение оборудования, вооружения, баков с топливом и тем самым 262

оказывает значительное влияние на распределение площадей поперечных сечений и аэродинамическое качество самолета.

Данная проблема, к сожалению, до сих пор не имеет однозначного решения. Например, на фирме Макдоннелл-Дуглас с результате исследований, выполненных при проектировании истребителя F-15, пришли к выводу о целесообразности установки двух двигателей, несмотря на увеличение стоимости самолета. На истребителях серии F-5 фирмы Нортроп устанавливали один двигатель, а истребитель YF-17 (разрабатывавшийся на основе тех же требований, что и самолет F-16) спроектировали по двух-

двигательной схеме.

Определяющую роль в решении данного вопроса играет наличие подходящего двигателя для проектируемого истребителя (обеспечение необходимой тяговооруженности самолета, степень надежности двигателя, его стоимость и т. д.). Можно констатировать, что двумя двигателями обычно оснащаются относительно тяжелые истребители с большой боевой нагрузкой и большим радиусом действия, поскольку один двигатель из числа выпускаемых, как правило, не в состоянии обеспечить требуемую тяговооруженность самолета.

Другой важной проблемой аэродинамической компоновки истребителя является выбор типа воздухозаборника и его размещение на самолете. Рекомендации по решению данной проблемы изложены в гл. 16.

10.2.2. Геометрические параметры крыла

Одним из главных вопросов, который должен быть решен на ранней стадии эскизного проектирования современного самолета, является выбор геометрии крыла в соответствии с требованиями к летным характеристикам (геометрия фюзеляжа в меньшей степени определяет летные характеристики самолета). Ниже приводится качественный анализ некоторых проблем, возникающих обычно при решении этого вопроса в процессе проектирования современного истребителя*.

За основной критерий при выборе параметров крыла истребителя в большинстве случаев принимаются характеристики маневренности при заданной массе самолета. Однако могут быть и другие критерии в зависимости от боевой задачи, которая считается главной для проектируемого истребителя.

При выборе значений угла стреловидности крыла i и относительной толщины профиля необходимо учитывать влияние многих факторов на эти параметры. Прежде всего, для эффективного полета на сверхзвуковых скоростях, как известно, необходимы стреловидные и (или) сравнительно тонкие крылья. Однако уменьшение толщины крыла ограничивается прогрессивным увеличением

* Подробно о проектировании крыла современных самолетов см. гл. 14.