1+

Исследования по так называемой программе сверхманевренности самолета начались в разных странах с начала 70-х годов. Позже ученые ЦАГИ определили характерные для современных маневренных самолетов аэродинамические формы (советские Су и МиГи, американские «шестнадцатые и восемнадцатые эфы», французский — «Рафаль» и другие). И уже тогда стало ясно, что при классической аэродинамической схеме многого не добиться. Наивысшей вершиной маневренности стали режимы полета самолета на сверхбольшие углы атаки (у Су-27 более 90 град.  на «кобре»). Нулевые скорости МиГ-29 при выполнении «колокола» тоже можно отнести к элементам сверхманевренности современных истребителей.

Наибольшую настойчивость в решении проблемы сверхманевренности проявила немецкая фирма Мессершмитт-Бельков-Блом (МБВ), работавшая над новым истребителем TKF-90. Руководитель перспективного отдела МВБ доктор Вольфганг Хербст однозначно определил: истребители нового поколения должны сочетать возможности ведения дальнего и ближнего боя, что определяет необходимость создания самолетов с очень высокой маневренностью (минимальные радиусы разворотов и обилие нестационарных режимов полета). Сверхманевренность такого ЛА наиболее эффективно можно получить при помощи изменяемого вектора тяги силовой установки, частично переложив на него функции аэродинамических рулей. Аналогичную программу по концепции сверхманевренного самолета проводили и американские фирмы Макдоннел-Дуглас и Рокуэлл Интернэшнл.

В 1985 году при соблюдении необходимой секретности начинается сотрудничество между американскими и немецкими компаниями. В следующем году было заключено соглашение между министерствами обороны ФРГ и США по разработке, изготовлению и испытаниям двух экспериментальных самолетов для исследований проблемы сверхманевренности (в основном на закритических режимах). Предусматривалось применение силовых установок с изменяемым вектором тяги. Долгосрочные контракты на выполнение этих работ, естественно, были заключены с фирмами МВБ (впоследствии вошла в DASA) и Рокуэлл. Подчеркивалось, что эти два самолета, получившие по американской номенклатуре экспериментальных ЛА наименование Х-31, не должны служить прототипами новых серийных истребителей. DASA представила большой объем данных по программе EF-2000 и добилась, что Х-31 будет построен по той же аэродинамической концепции: схема «утка», крылья в плане «дельта», воздухозаборник подфюзеляжный.

Распределение обязанностей выглядело так. Немецкая сторона, начавшая работу ранее американцев, к началу активной фазы программы DASA уже обрела свою силу, взяла на себя проведение определяющей экспериментальной части, разработку общей компоновки самолета и нижнего воздухозаборника (по типу «Еврофайтера» EF-2000). Было ясно, что успех выполнения программы зависит от того, удастся ли создать компьютерную интегральную цифровую систему управления «тридцать первым», включая управление вектором тяги, смонтированную в едином блоке. DASA взялась за эту работу, а заодно и за разработку кабины. По планеру немецкая сторона отвечала за конструирование и изготовление несущих плоскостей с очень широким применением углепластиков. На Х-31 поставили двигатель концерна Дженерал-Электрик F404 GE (такой же, как и на F/A-18).

Как известно, отклонение реактивной струи может осуществляться с помощью отклоняющих устройств (ОУ), которые ставятся либо на двигатель, либо на самолет. Наиболее известно ОУ в виде поворотного сопла двигателя (употребляется на самолетах вертикального взлета и посадки-СВВП). Но они требуют специальной доработки двигателя и, как правило, длительной доводки. Более простой метод — это установка плоского сопла с подвижными стенками. Такое ОУ может быть установлено на конструктивные элементы самолета за выходным сечением реактивного сопла и по сложности исполнения гораздо проще первого метода. К таким устройствам относятся, например, реверсивные устройства ЛА.

Так как подходящих для Х-31 поворотных сопел ни у немцев, ни у американцев не было, решили поворот струи двигателя (изменение вектора тяги) производить при помощи трех дефлекторных поворотных створок, установленных за срезом форсажной камеры. Координация управления проводилась единым интегральным блоком. Газовая струя могла отклоняться в любом направлении в пределах 10 град.  относительно продольной оси самолета.

Рокуэлл спроектировал и построил фюзеляж, ПГО и вертикальное оперение. Кроме того, на этапе окончательной сборки обеих машин американцы отвечали за снабжение серийными узлами. Для ускорения работы и снижения себестоимости Рокуэлл использовал шасси от F-16, остекление кабины от F-18. Вообще на Х-31 можно найти много узлов, компонентов систем и отдельных деталей от F-16, F-18, F-20, В-1 и даже V-22 «Оспри». Надо было добиться тяговооруженности более «1» при взлетной тяге двигателя 7200 кг. Поэтому масса пустого Х-31 составила только 5175 кг, нормальная взлетная 6622 кг и максимальная 7228 кг. 

Максимальная скорость полета — М=1,3. Максимальная эксплуатационная перегрузка +9 -3. Чтобы уложиться в эти данные, на Х-31 поставили только самое необходимое оборудование. В некоторых зарубежных источниках информации поспешили назвать Х-31 прототипом «истребителя будущего», хотя его создатели в своей программе», как мы отмечали выше, это отрицали. Расчетная стоимость программы была в пределах 400 млн.DM (300 млн.- американцы, 100 млн. — немецкая сторона).

Первый полет Х-31 совершил с испытательного аэродрома фирмы Рокуэлл в Палмделе 11 октября 1990 года, вторая машина начала летать 19 января 1991 года. На всех этапах летных испытаний в команду испытателей вошли немецкие летчики DASA, 61-го отдела Бундесвера и американские пилоты Рокуэлла, ВВС и ВМФ США. Первый этап испытаний включал полет с углами атаки до 30 град.  без изменения вектора тяги. В конце 1991-го начались полеты на режимах глубокого аэродинамического срыва потока, когда критическая фаза достигается при скачкообразном изменении подъемной силы аэродинамических плоскостей от максимальной до минимальной. На этом этапе для получения необходимых режимов постепенно начали включать интегральную систему управления вектором тяги. Угол тангажа увеличивался сначала до 40град.  (первый полет на закритический угол атаки 40 град.  — 19.11.91 г.), а потом и до 50 град. . При этом, несмотря на мощные срывные течения, самолет уверенно управлялся, устойчиво «держал» режим полета, заданный летчиком.

В январе 1992-го оба самолета Х-31А перевели из Палмдела в центр Эдвардса, чтобы использовать великолепную испытательную инфраструктуру, которую предоставила NACA. Решающая фаза испытаний наступила в апреле, когда начались полеты при постоянно увеличивающихся углах атаки на закритических режимах. В итоге в сентябре того же года получили уникальный режим: стабильный полет при угле тангажа 70 град.  (углом атаки это уже назвать трудно) — причем пилот разворачивал машину практически на 360 град. .

Исследовались и другие маневры на разных скоростях, включая и довольно большие, и на разных перегрузках. После того, как отработали разворот машины в противоположную сторону с очень небольшим радиусом, практически не снижая скорости, приступили к объединению отдельных элементов в сложные фигуры. Получили «маневр Хербста» (первое успешное выполнение в апреле 1993-го) и «Мангусту». Этими результатами подтвердились замыслы доктора Хербста о сверхманевренности. Очень жаль, что сам Вольфганг Хербст об этом уже узнать не мог: он погиб в авиакатастрофе на своем личном самолете незадолго до этого.

Стало ясно, что истребитель, обладающий системой изменения вектора тяги, сможет ориентироваться на цель без изменения траектории полета, сумеет раньше, чем машина обычной схемы, занять выгодное положение для атаки в ближнем бою. При компьютерном анализе определили, что такая машина при пуске ракет на большую дистанцию тоже получала существенные преимущества, так как могла быстрее, чем противник занять боевое положение. Кроме того, она могла успешнее уходить от ракет и радиолокационного воздействия противника. После этого наступил этап прямого сравнения тактических возможностей Х-31 с современными истребителями.

В сентябре 1993 года группа из четырех немецких и американских пилотов начала интенсивные утомительные тренировки на специальном двухместном тренажере — имитаторе воздушного боя самолетов обычной схемы и машины с изменяемым вектором тяги. В большинстве этих «боев» преимущество было за Х-31. Надо было переходить к реальным оценкам преимуществ, которыми обладал X-31. В качестве противника ему определили серийный истребитель фирмы Макдонелл-Дуглас F/A-18 «Хорнет». Для оценки результатов воздушных боев на самолеты установили специальную видеоаппаратуру, совмещенную с нашлемными визирами летчиков.

В реальных полетах результаты были еще более определенные, чем на наземном имитаторе: в 80% боев победил «тридцать первый», в 9% ситуация воздушного боя закончилась неопределенно и только в 11 % победил «восемнадцатый». Превосходство революционной концепции сверхманевренности не могло быть продемонстрировано с большей очевидностью! Для «чистоты» эксперимента провели серию сравнительных полетов, в которых угол атаки Х-31 ограничили 30 град. . Тактическое превосходство «тридцать первого» испарилось полностью, так как его летные характеристики оказались хуже, чем у F/A-18. 19 января 1995 года, когда основные результаты уже были получены, из-за отказа основной системы управления упал один из Х-31. Но дело уже было сделано!

Одним из основных факторов успеха DASA и Рокуэлла стали тщательность и большой объем исследований. Достаточно назвать две цифры: по испытательным программам выполнено 560 полетов с налетом более 400 часов (за четыре с половиной года). Такого грандиозного эксперимента история авиации еще не знала! После завершения программы исследований с 13 апреля началась интенсивная подготовка к показу Х-31 в Ле Бурже. Времени оставалось мало, (самолет перевозили на транспортнике С-5 с демонтированными крыльями) и поэтому не удалось достаточно отработать программу показа на малой высоте в значительной мере.

Автору удалось побеседовать с летчиком-испытателем DASA майором люфтваффе Квирином Кимом (кстати, он гражданин Германии — кореец по происхождению), что отметил Ким. Управляемый вектор тяги в принципе забирает часть функций, выполняемых управляемыми поворотными аэродинамическими поверхностями. Поэтому можно допускать более крутые подходы на посадку и соответственно уменьшить длину пробега. Он посетовал, что Х-31 со своим появлением сильно запоздал и вряд ли сумеет оказать влияние на конструктивные особенности истребителей пятого поколения — Еврофайтер EF-2000 и Локхид F-22.

К этому следует добавить, что результаты, полученные на Х-31, будут использованы, как в военной авиации (на легком многофункциональном истребителе по программе JAST), так и в гражданской — для улучшения летных характеристик (например, уменьшения длины взлетно-посадочных полос). Еще более заманчивая идея: изменяемый вектор тяги позволит освободиться от аэродинамических органов путевой стабилизации — вертикального оперения.

Помимо работ по Х-31 летные испытания с УВТ проводились на летающей лаборатории F-16 VISTA (самолет с изменяемой устойчивостью). На нем установлены двигатели с поворотными соплами, разработанные фирмой Дженерал Электрик. Исследования проводятся в рамках совместной программы ВВС США и NACA под названием MATV — управление вектором тяги по нескольким осям. В ходе испытаний самолет выходил на углы атаки — более 80 град.  и при этом сохранял управляемость. По другой программе ACTIVE — перспективные интегральные системы управления полетом летательного аппарата- проводятся испытания летающей лаборатории XF-15B. Здесь стоят сопла фирмы Пратт Уитни с изменением вектора тяги по всем осям. Самолет уже много налетал, но подробности держатся в секрете так же, как и конструктивные особенности сопла. Если говорить о сегодняшнем дне, то вполне реальна и перспективна комбинация схемы обычного самолета с дополнительным устройством изменяемого вектора тяги. 

ТТХ:

Модификация   Х-31А
Размах крыльев, м   7.26
Длина, м   14.85
Высота, м   4.44
Площадь крыла, м2   21.02
Уд. нагрузка на крыло (средняя),кг/м2   270
Масса, кг
  нормальная взлетная   6623
  максимальная взлетная   7228
Масса топлива во внутренних баках, кг   1870
Двигатель   1 ТРД General Electric F404-GE-400
Тяга, кН   1 х 71.17
Тяговооруженность   1,1
Максимальное число Маха, М   1,3
Максимальная скорость, км/ч   2752
Максимальная скороподъемность, м/мин   13106
Практический потолок, м   12190
Экипаж, чел   1

Источники:

http://airwar.ru/

Крылья Родины 1996-08. Лев Берне. Пионеры сверхманевренности

Dryden Flight Research Center. X-31 EFMD Enhanced Maneuverability Research Aircraft

Flug Revue Online. Aircraft Gallery: EADS/Boeing X-31

Boeing North American: History. Building for the Future — X-31A Test Vehicle

L+K 2004-09. P.M. Groenendijk, E. Katerberg. X-31 Vector

1+

от admin