ПРОРЫВ В СВЕРХМАНЕВРЕННОСТЬ
Беседу вела специальный корреспондент журнала "Наука и жизнь" Т. Новгородская
- Михаил Петрович, всех, кто когда-нибудь был на авиашоу и видел, что могут самолеты Су, или хотя бы, сидя у телевизора, смотрел репортажи с авиасалонов, интересует, как и для чего создаются такие машины?
- В 9-м классе я прочитал книгу "Некоторые причины ошибок пилотирования". От ошибок летчики никогда не застрахованы. Авиация как была, так и осталась очень требовательной и к пилотам, и к конструкторам. Из-за отказа техники или ошибки экипажа гибнет не только самолет, но и экипаж, и пассажиры.
Штопор - одно из самых сложных и опасных явлений. Это практически неуправляемый режим, сориентированный в пространстве самым неудачным образом: самолет вращается "носом" вниз. При ударе о землю происходит взрыв "воздушного пакета" и самолет разносит на мелкие куски. Казалось бы, чтобы решить проблему, достаточно обучить всех летчиков гражданской авиации тому, как узнавать "край сваливания", после которого самолет входит в штопор. Нужно сказать, что в авиации существует несколько похожих явлений, начинающихся с того, что машина дает крен, но не все они приводят к штопору. Однако, несмотря на то, что все военные летчики-истребители обучаются основным приемам выхода из различных видов штопора, далеко не всем им удается выйти победителями из реально возникшей ситуации (чаще всего из-за ошибок пилотирования, реже - из-за отказов авиационной техники). Есть самолеты, которые из-за своих конструктивных и аэродинамических особенностей вообще не могут выходить из некоторых видов штопора.
При эксплуатации гражданских самолетов экстремальные случаи нетипичны. А вот для боевых самолетов маневренность - условие выживания. Поэтому все конструкторские бюро мира работают над характеристиками маневренности. Именно она в сочетании с вооружением, которое несет самолет, и обеспечивает решение поставленных задач.
- Какие задачи ставятся при этом?
- Маневренность - это способность самолета менять свое положение в воздушном пространстве. Естественно, для введения самолета в маневр должна быть необходимость. В боевой обстановке она возникает сама собой: надо занять такое положение в воздушном пространстве, чтобы самолет противника был в зоне действия твоего оружия, а твой самолет, наоборот, не попал бы в зону прицеливания. Понятно, что выиграет тот, кто сможет свою машину первым развернуть и направить на цель. Боевые машины классического типа 40-60-х годов прошлого столетия испытывали большие трудности в боях, поскольку характеристики их маневренности были довольно ограниченными. Обычно воздушные бои ведутся большими группами - самолетов двадцать: огромный "клубок" машин крутится в воздухе, и каждый хочет выжить. Самолеты старых классических конструкций мало отличались от самолетов противника, поэтому бои длились достаточно долго - 5-6 минут. Двигатели в этом случае работали на предельных режимах - соответственно расход топлива был большой. И даже после победы не всем удавалось долететь до дома. Каждый пятый самолет погибал после боя из-за того, что топливо кончалось и приходилось "плюхаться" туда, куда бог пошлет. Хорошо, если летчик катапультировался, а если пытался сесть, например, на шоссе на большой скорости - исход был предрешен. Летчики некоторых стран, вступая в бой, знали, что не смогут из него выйти. Чтобы улететь, надо было "подставить" "хвост", и он тут же попадал под прицел. Поэтому бились до конца, а когда загоралась красная лампочка - катапультировались из полностью исправного истребителя.
- ...Самолет одноразового использования?
- Жизнь летчика ценнее... Но так или иначе недостатки в маневренности очень дорого обходятся. Поэтому прорыв в область режимов сверхманевренности, когда риск для жизни пилота и машины становится минимальным, стал задачей номер один.
- Можно ли в процессе разработки истребителя предугадать, что он будет обладать сверхманевренностью?
- Обычно известно, "против кого" создается самолет. В то время, когда разрабатывался Су-27, мы "дружили" вместе с "Варшавским договором" против стран НАТО. Нам надо было сделать самолет, который бы значительно превосходил их истребители F-14, F-15, F-16 и F-18.
В нашей авиационной промышленности мы представлены "ОКБ Сухого" и большим количеством предприятий-соразработчиков. Например, радиолокаторы для нас делают НИИ и КБ. Мы не разрабатываем двигатель, мы говорим, какой он нам нужен, - и его создают в ОКБ имени А. М. Люльки. Такой научно-технический союз и обеспечивает разработку каждой составляющей истребителя на самом высоком уровне. Ведь для того, чтобы новый самолет был лучше и мог победить истребитель противника, мы должны иметь лучший в мире мотор, лучшую в мире радиолокационную станцию, лучшее в мире ракетное оружие и все остальное - тоже лучшее. Работая над СУ-27, мы сделали вроде бы неплохой самолет, превосходящий F-15, но намного ли? На "чуть-чуть". Поэтому снова в случае ближнего боя мы можем попасть в сложную "вертушку", где у самолетов будут равные возможности погибнуть или победить.
Мы поняли, что действительно решительное превосходство над противником можно получить, позволив летчику маневрировать не просто лучше, а в несколько раз лучше. Есть такое понятие, как угловая скорость разворота на цель. В бою преимущество реализуется у того истребителя, который успевает раньше развернуться. Мы пришли к выводу, что, если обеспечим своему самолету скорость разворота на цель в два раза больше, - его маневренность можно будет назвать сверхманевренностью.
Сверхманевренность - это способность истребителя из любого положения в воздушном пространстве развернуться на цель с угловой скоростью, по крайней мере в два раза превышающей угловую скорость разворота самолета противника.
- Вероятно, для обеспечения экстремальных режимов к двигателям тоже предъявляют особые требования?
- Прежде всего, они должны отличаться лучшей тягой. Современный военный авиационный двигатель - турбореактивный, оснащенный форсажной камерой. (Форсаж - режим работы, при котором в камеру сгорания впрыскивается дополнительное топливо. Этим достигается значительное увеличение тяги, правда, за счет дополнительного расхода топлива.) Из двух двигателей, установленных на Су-27, вырывается поток газов, который толкает машину с силой 25 тонн (12,5 тонны - каждый двигатель). Аналогичные двигатели американских истребителей на момент создания F-15 развивали 10,8-11 тонн тяги. Есть, конечно, и другие требования. Неплохо, например, чтобы в управлении положением самолета в полете участвовали двигатели, сопла которых могут отклоняться на +15 градусов. Особенно это важно при попадании самолета в процессе пилотирования в бою на закритические углы атаки. Критический угол атаки Су-27 составляет 24 градусов. А боевая обстановка иногда требует, чтобы самолет развернулся на угол атаки 60-90 градусов, а то и 120 градусов к направлению полета. Когда летчик дает команду на ручку управления разворота двигателя, - двигатель должен мгновенно отклониться на требуемый угол.
Сопла двух турбореактивных двигателей АЛ-31ФП многофункционального истребителя Су-30 МК способны отклоняться на 32 градуса по горизонтали и на 15 градусов по вертикали. Таким образом самолет может выполнять то, что недоступно другим машинам этого класса: "притормаживать", а потом разворачиваться на месте, подобно вертолету.
Когда в 1983 году мы впервые прилетели на выставку в Париж с заключением Государственного института по испытанию боевых самолетов о том, что по характеристикам истребитель Су-27 уступает американскому F-15, мы все равно считали, что Су-27 превосходит самолеты США. Заказчик же счел наше заявление слишком самонадеянным.
Американские истребители установили целую серию рекордов по скороподъемности. (Скороподъемность - это время с момента трогания самолета с места до достижения какой-либо высоты - 3000 м, 6000 м, 12 000 м и так далее.) То есть "с места" он должен достигнуть высоты за кратчайшее время. Мировые рекорды были поставлены тогда истребителем F-15.
Мы провели серию рекордных полетов на истребителе Су-27 и побили все рекорды F-15, тем самым сумев доказать, что наш самолет превосходит F-15 по скороподъемности.
- Как это происходило?
- Самолет на старте должен стоять неподвижно, как спринтер. Но для того, чтобы обеспечить сцепление шин с бетоном, никаких тормозов не хватит. Чтобы удержать истребитель на месте, попытались использовать танк. Прицепили его тросом к замку на нижней поверхности самолета, но радовались недолго. Ровно секунду длился полный форсаж, потом раздался скрежет, и Су-27 потянул танк волоком по взлетной полосе. Пришлось искать другой выход. Рядом ремонтировалась взлетно-посадочная полоса, на ней работал огромный промышленный бульдозер "Катерпиллер". Подогнали бульдозер, прицепили к нему танк, а уже к танку - самолет. Старт Су-27 "с места" был обеспечен.
Двигатель в момент старта работает в предельном режиме. После того как замок откроется, самолет срывается с места, взлетает и идет на вертикаль. Находясь в вертикальном наборе высоты, он разгоняется до сверхзвуковой скорости. Ни один аппарат, ни одна космическая ракета на малых высотах вертикали скорость звука не превышает. Это происходит лишь на больших высотах, где плотность атмосферы мала. А мы уже на высоте 2000-3000 м переходим на сверхзвуковую скорость.
Тогда в полетах на авиасалоне были получены характеристики лучше американских.
В классическом бою два истребителя "крутят вертушку", пока кто-нибудь из них не займет положение для поражения цели. Но если мы войдем в бой и в первый же момент развернем самолет на 90 градусов к потоку - цель визируется, происходит ее захват, пуск ракеты и поражение. Таким образом, за счет сверхманевренности можно кардинально усовершенствовать ближний бой и в течение десятка секунд (а не минут) гарантировать себе победу.
- Говорят, поначалу считали, что Су-27 не выходит из штопора?
- Да, таким было заключение ЦАГИ по испытаниям в аэродинамической трубе: самолет из штопора не выходит. А если боевой самолет не выходит из штопора, надо что-то предпринимать. Была разработана система ограничения предельных режимов, которая не дает возможности превысить самолету угол атаки в 24 градуса.
Ни одна модель самолета Су-27 в аэродинамической трубе ЦАГИ не вышла из штопора. Мы честно боролись, поэтому сделали 10-метровую полунатурную модель нашего самолета, подвесили ее к бомбардировщику Ту-16 и сбросили с высоты 10 000 м. Модель была оснащена автоматической системой управления и выходила на угол сваливания, при этом, если она не выходила из штопора, открывался посадочный парашют. Однако получилось так, что в половине режимов большая, свободно летающая модель выходила из штопора, а в половине - нет. Мы не могли сказать летчику: "Лети, все нормально". Поэтому согласились с ЦАГИ поставить на самолет ограничитель предельных режимов. Это было, конечно, странно: хотим работать на больших углах атаки, но не способны сделать для этого самолет.
Самое интересное произошло на испытаниях. Испытания самолета - это огромная работа, около 5 тысяч полетов, в которых машина проверяется на аэродинамику, на прочность, проводятся запуски ракет и бомбометание и многое другое. Еще до "кобры" В. Г. Пугачев выполнял выход на большие углы атаки. Я очень беспокоился, так как у американского истребителя F-16 было к тому времени несколько случаев, когда самолет выходил на угол атаки 60 градусов, а "слезть" с него не мог - хорошо что на нем стоял противоштопорный парашют, с помощью которого удавалось уходить с этого угла. Мы вели испытания по-другому. Очень переживали, когда Пугачев вышел на большой угол атаки, но он сумел вернуть самолет в исходный режим - все кончилось благополучно.
Впоследствии летные эксперименты показали, что при выходе на большие углы атаки развитие штопорного движения не происходит. Результаты свидетельствовали, что есть принципиальная возможность выхода самолета на сверхбольшие углы атаки с последующим возвращением на так называемые эксплуатационные режимы полета. Это и открыло перспективы для сверхманевренности. Но 20 лет назад мы этого еще не знали. Шли только первые экспериментальные полеты.
И вот в одном из полетов летчик-испытатель В. Котлов на Су-27 с неисправной системой воздушных сигналов (разгерметизировался приемник воздушного давления), имея неправильную информацию о числе Маха М (равном скорости полета, измеренной в скоростях звука) и пытаясь скомпенсировать "мах" углом набора высоты, "уравновесился" на высоте 8000 м вертикально и стал падать на хвост. Он полагал, что самолет установится в какой-то нормальный режим полета, - вместо этого он "подвис" между небом и землей. Это было настолько непривычно и непонятно: скорость вообще упала до нуля, а высота 8000 м. Он начал метаться по кабине, убрал форсажи, снова "дал". Самолет стал падать на хвост, появилась невесомость - впоследствии такой прием получил название "колокол".
- И все это происходило в считанные секунды?
- Секунд 20. В воздухе - это очень много. При угле атаки 60 градусов (а мы имели разрешение только на 24градуса) самолет свалился в штопор, стал "носом" вниз и начал вращаться. Летчик тогда понял, что произошло, и сообщил на контрольно-диспетчерский пункт: "Штопор!" Так как считалось, что самолет Су-27 из штопора не выходит, набор команд на КДП был "высеченным на граните": "Катапультируйтесь на высоте не ниже 4000 м".
Вообще катапультирование никак нельзя назвать любимым занятием пилотов, поэтому во избежание тяжелых последствий летчик освободил управление и стал тщательно готовиться к катапультированию. Но в последний момент увидел, что самолет вышел из штопора сам и начал выходить из пикирования. Су-27 оказался предоставленным самому себе и сам вышел из опасного режима. Проверив управляемость самолета, Котлов совершил благополучную посадку на аэродроме.
- Может, это была случайность?
- Поначалу так и решили. Ведь на 1000 ситуаций применения произошел только один такой случай. По большому счету это ничего не меняло. Но вскоре на Дальнем Востоке произошел еще более невероятный случай. Пилот Су-27 выполнял задание по выходу на перехват в автоматическом режиме. Он превысил допустимый угол атаки, в результате самолет свалился в штопор. По команде с земли летчик катапультировался, после чего Су-27 не только самостоятельно вышел из штопора, но и продолжил полет в автоматическом режиме, пока у него не закончилось все топливо. Вскоре в Липецке произошел третий случай, как две капли воды похожий на первый. Это уже заставило нас разработать специальную программу исследований. Как выяснилось в процессе испытаний, Су-27 отличался определенной "нестабильностью" во входе в режимы штопора и выходе из них. Было установлено, что применение наиболее "сильных" аэродинамических методов вывода из штопора не всегда приводит к его прекращению. И в то же время в ряде ситуаций самолет сам выходил из штопора при нейтральном положении ручки и педалей. Это объяснялось особенностями вихревой аэродинамики Су-27 на различных углах атаки и скольжения.
Значительный вклад в "победу" над штопором внес известный специалист по штопору, заслуженный летчик-испытатель СССР, летчик-космонавт, Герой Советского Союза Игорь Петрович Волк. Он провел испытания на штопор и обнаружил, что Су-27 выходит из всех режимов штопора.
- Почему же все-таки при испытаниях моделей было сделано противоположное заключение?
- Оказалось, что не компоновка самолета имела значение, а масштабность модели (число Рейнольдса Re, которое связывает между собой скорость полета, размер самолета и вязкость воздуха, для настоящих машин значительно больше, чем для моделей, тем более маленьких).
- Сверхманевренность приводит к уменьшению "видимости" самолета на радарах. Каким образом?
- Сверхманевренность - это система приемов ближнего воздушного боя. В случае если летчик получает сигнал, что он находится в зоне облучения локатора противника, первое, что ему надо сделать, - уйти на вертикаль. Набирая высоту и теряя скорость, он уходит из зоны "видимости" радиолокаторов, работающих на эффекте Доплера. (Эффект Доплера - изменение частоты волны, наблюдаемое при движении источника волны, относительно их приемника. - Прим. ред.) Но и противник не дурак: тоже может развернуться. Но наш самолет движется по вертикали (фигура "колокол"), при этом скорость его стремится к нулю. А все локаторы видят цель именно по изменению скорости (работают по доплеровскому принципу). Если измеряемая скорость упала до нуля или по крайней мере до такой малой величины, что радиолокаторы противника не могут вычислить доплеровской составляющей, - мы для противника пропали. Визуально он нас видит, а на радиолокационном спектре - нет. Это означает, что если у противника ракета с радиолокационной (полуактивной, активной) головкой наведения, он все равно ее не запустит, потому что ракета не сможет произвести захват цели.
- А известны ли еще какие-нибудь способы сделать самолет "невидимкой"?
- Такие самолеты-"призраки" только начинают появляться. Наибольший эффект от новой технологии ожидается для всех самолетов так называемого пятого поколения. Первым самолетом, созданным по технологии "стелс" ("призрак"), стал истребитель-бомбардировщик F-111А. Правда, истребитель из него так и не получился. Самолет имел очень низкую заметность, но плохие летные свойства - эдакий "граненый утюг" (граненые формы понадобились, чтобы лучи радиолокатора отражались от поверхности и направлялись совсем в другую сторону).
- Я читала, что в процессе создания нового истребителя возникла необходимость кардинального усовершенствования бортового радиоэлектронного оборудования. Насколько оно надежно в режимах сверхманевренности?
- Вообще-то в мире считают, что "русская" электроника не заслуживает внимания. Я другого мнения. Мы заказываем нашим соразработчикам радиолокаторы именно такие, какие нам нужны. Если локатор, который стоит на F-15, весит 244 кг, то аналогичный наш - в несколько раз больше. Но нас это не очень огорчает. Мы хотим, чтобы локатор обеспечивал обнаружение цели на определенной дальности. И эту дальность задаем большую. То же самое можно сказать и об оптико-электронной системе обнаружения целей и прицеливания.
Когда американские стратегические разведчики (SR-71) стали летать к нам "из-за угла" (со стороны Норвегии. - Прим. ред.) вдоль всего побережья к Новой Земле, на охрану северных рубежей были поставлены истребители Су-27 и Су-30. Когда в очередной раз SR-71 "вынырнул" - наши уже были в воздухе. Мы решили их перехитрить и дали команду не включать радиолокатор, а включить электронно-оптическую систему, которая "видит" в инфракрасном спектре и на большом расстоянии. Когда SR шел на большой высоте, а наши самолеты навстречу ему, мы его видели на большом удалении. Поскольку границ "американец" не нарушал, ничего с ним сделать было нельзя, зато мы держали его под прицелом.
Так что говорить, что наше радиоэлектронное оборудование хуже, нельзя. Оно именно такое, как мы заказывали, ориентируясь на машины вероятного противника. А сделать такой самолет, который сможет поднимать нашу электронику, - не проблема.
- А правда, что для улучшения аэродинамических качеств в самолетах нового поколения применена новая конструкция крыла?
- Для того чтобы уменьшить волновое сопротивление крыла самолета при движении со сверхзвуковыми скоростями, надо придать крылу стреловидность, то есть отклонить его относительно вектора скорости (поставить под углом). Если крыло ставить таким образом, что при "болтанке" (возмущении потоков) крыло при своей деформации закручивается на отрицательные углы, то подъемная сила падает, но это не опасно с точки зрения разрушения крыла. Если сделать обратную стреловидность, порыв воздуха отклоняет крыло вверх - сразу увеличивается подъемная сила. А если сила увеличивается - крыло отклоняется дальше, угол опять растет. Несмотря на опасность разрушения, самолеты с обратной стреловидностью крыла имеют очень хорошие аэродинамические характеристики.
У американцев был такой экспериментальный истребитель Х-29, почему-то они сочли его конструктивное решение невыгодным. Мы же считаем создание подобного самолета задачей технически разрешимой с помощью композиционных материалов. Металлическое крыло не может выдержать дивергенции - разрушения крыла от скручивания. У нас были случаи, когда во время продувки в аэродинамических трубах разрушались стальные крылья модели с обратной стреловидностью крыла. Сегодня мы можем создавать специальную композиционную конструкцию на основе углеволокна, эпоксидной смолы, из органических материалов с высоким модулем - в частности, из тех самых тканей, из которых изготавливают бронежилеты.
- Какие надежды вы возлагаете на истребители пятого поколения в плане сверхманевренности?
- Большие. Если наши "конкуренты" делают самолеты пятого поколения, они нам тоже нужны. Можно сказать, тут действует некий закон сохранения равновесия. Недавно мы были на одной зарубежной выставке, и там командующий ВВС одной из стран сказал: "Нам нужен ваш самолет. У нас есть разные истребители, но мы хотим, чтобы рядом с ними стоял русский, да с такими характеристиками, чтобы противник боялся". А значит, не шел на конфликт. Это и есть цель создания нового истребителя, который обеспечивал бы политическое равновесие в мире.
Читайте в любое время
