РУКОТВОРНЫЕ МОЛНИИ

В. КОНДРАТЬЕВ, инженер

...Треугольное крыло сулило заманчивые перспективы: повышение скорости, дальности и маневренности, снижение массы, усиление вооружения, а также большую надежность систем управления. Конечно, проще было бы применить в новом самолете уже испытанное стреловидное крыло, Но истребитель создается не на год и не на два, и конструктор просто обязан предусмотреть все возможности для продолжительной успешной службы своей новой машины.

Итак, треугольное или стреловидное?

Мнения конструкторов из КБ А. И. Микояна разделились, и судьей в этом нелегком споре стал, как это часто бывает, эксперимент. 14 февраля 1954 года на самолете Е-2 с привычным стреловидным крылом взлетает летчик-испытатель Г. Мосолов. После досконального изучения этой машины, на что потребовалось два года, летчик-испытатель Г. Седов поднимает в воздух другой экспериментальный истребитель с принципиально новым для авиации — треугольным — крылом. Эти полеты подводят, как говорится, черту: новшество доказывает свою жизненность.

Речь идет о предшественниках МиГ-21 — советского легкого сверхзвукового фронтового истребителя, получившего у летчиков неофициальное, но почетное звание “самолет-солдат”.

Первым шагом к этому самолету стало, несомненно, создание стреловидного крыла. Именно с ним серийный МиГ-15 успешно преодолел рубеж скорости в 1000 км/ч, именно такое крыло позволило истребителю МиГ-19 устойчиво летать со скоростью, соответствующей числу М = 1,5. Кстати, на “девятнадцатом” были опробованы и многие другие новинки авиационной науки и техники: форсажные камеры, цельноповоротное горизонтальное оперение, бустерная система управления, позволяющая летчику справляться с огромными аэродинамическими нагрузками на рули в сверхзвуковом полете, а также основные элементы вооружения современных истребителей — управляемые ракеты и радиолокационный прицел.

Первый прототип будущего МиГ-21 — тот, что носил индекс Е-2, рассчитывался на скорость, в два раза превышавшую звуковую, и поначалу конструктивно мало отличался от предшественника — МиГ-19. Принципиальных новшеств было три: меньшая относительная толщина профиля такого же, как и у МиГ-19, стреловидного крыла; уменьшенный мидель самолета за счет использования одного двигателя вместо двух; и главное, применение типичного сверхзвукового воздухозаборника двигателя с почти ножевидными кромками обечайки и остроносым центральным телом-конусом (с его помощью менялось проходное сечение канала в зависимости от скорости и угла атаки самолета).

Испытания Е-2 проходили успешно. Летные данные машины оказались хорошими, хотя в конце концов всплыли на поверхность недостатки стреловидного крыла. Аэродинамики называли их “подхватом” на малых скоростях полета. Как известно, при уменьшении скорости подъемную с.илу можно сохранить в тех же пределах только при увеличении угла атаки самолета. На больших углах воздушный поток начинает перетекать по верхней части крыла от корня к концу, и срывается с него при достижении критического угла атаки. Из-за того, что законцовка консоли находится далеко позади центра тяжести, этот фактор приводит к резкому смещению центра давления крыла вперед. Результат чреват катастрофой: “неведомая сила” выводит самолет на еще большие углы атаки, и тот срывается в штопор.

Пытались бороться со срывом потока с помощью аэродинамических гребней — их устанавливали поверх крыла МиГ-15, МиГ-19, Е-2 и других машин со стреловидными консолями. Однако создаваемый ими барьер оказался недостаточным, и тогда стали искать выход в использовании крыльев малого удлинения.

Если построить на бумаге контур крыла с большим углом стреловидности и удлинением 2,5, то можно заметить, что оно стало фактически треугольным. Подобное же испытывалось в 1955 году и в конструкторском бюро П. О. Сухого. Такое крыло установили и на следующий вариант МиГа — Е-4.

Испытания подтвердили теоретические предпосылки аэродинамиков — треугольное крыло помогло добиться устойчивости полета в очень большом диапазоне скоростей. За Е-4 последовали Е-5 и предсерийный Е-6, на которых отрабатывались и доводились до совершенства многие элементы конструкции будущего “двадцать первого”.

Проблемы создания сверхзвукового истребителя в тот же период решались и конструкторами других стран. Почти одновременно с МиГ-21 в воздух поднялись “одногодки” советской сверхзвуковой машины французский истребитель фирмы “Марсель Дассо” “Мираж-111”, шведский СААБ-35 “Дракен” и Ф-104 “Старфайтер”. Первый самолет представлял собой “бесхвостку” с треугольным крылом, имевшую очень низкую удельную нагрузку на крыло, что обеспечивало истребителю “Мираж” хорошую маневренность. Почти столь же низкой удельной нагрузкой отличался “Дракен”.

Совершенно иная концепция закладывалась в американские истребители. В конце 50-х годов предполагалось, что маневренный воздушный бой вырождается и вскоре сведется к этакому воздушному “рыцарскому турниру”: схождению самолетов на скорости, в два раза превышающей звуковую, и ракетному залпу. Побеждает тот, кто успеет раньше пустить ракеты.

Следуя этой доктрине, в США разработали истребители-перехватчики Ф-102, Ф-104, и Ф-106, которые предполагалось использовать даже в автоматическом беспилотном режиме. Наиболее типичной машиной “сотой” серии фирмы “Локхид” стал Ф-104 “Старфайтер”. Самолет имел чрезвычайно высокую нагрузку на крыло, в некоторых вариантах превышавшую 600 кг/м2, почти вдвое большую, чем у европейских истребителей! Конструктор “Старфайтера” Джонсон, столкнувшись с проблемой стреловидного крыла, отказался от него в пользу... прямого, с очень тонким (3,4%) профилем и острой передней кромкой. Хотя “Старфайтер” поставлялся во многие капиталистические страны, тем не менее опыт вьетнамской войны показал, что скоростные “утюги” — будь то перехватчики или истребители-бомбардировщики — существенно уступают вертким МиГам.

Этот боевой опыт послужил поводом для возрождения лёгких маневренных истребителей. В период войны во Вьетнаме появилась американская одноместная машина Ф-5, созданная фирмой Нортроп на базе легкого сверхзвукового учебно-тренировочного самолета Т-38. Сравнительно простой и дешевый Ф-5 громадными партиями поставлялся Соединенными Штатами всем реакционным режимам Азии, Африки и Латинской Америки.

Долог срок службы современного самолета, объясняется это, в первую очередь, стоимостью разработки такой машины. И конструктору приходится задумываться над тем, чтобы модернизации “изделий” происходили безболезненно. В этом отношении МиГ-21 можно назвать идеальным самолетом: почти на четверть века он стал одним из основных истребителей наших ВВС, хотя, конечно же, до наших дней дошел далеко не в первозданном виде. Кстати говоря, “двадцать первому” довелось “носить форму” не только армии нашей державы, но и стран социалистического содружества. Именно на этой машине молодой вьетнамский летчик Фам Туан, будущий космонавт, сбил гигантский двухсоттонный восьмидвигательный “Стратофортресс” Б-52, совершавший разбойничий налет на мирные города и селения Северного Вьетнама.

Но время ухода на почетную пенсию наступает даже для таких самолетов, как МиГ-21. Сошли со сцены и “ровесники” советской сверхзвуковой машины “Мираж-111”, СААБ-35 и Ф-104 “Старфайтер”. В боевых частях и на испытательных полигонах их место занимают новые поколения самолетов. Очередная такая партия легких маневренных истребителей появилась буквально на наших глазах — в конце семидесятых годов. Среди этих самолетов — американские Ф-16, Ф-18, Ф-5Ж, традиционно бесхвостый французский “Мираж-2000” с треугольным крылом... Машины, воплотившие в себе последние достижения аэродинамики, электроники, теории прочности, теории управления, созданы и в нашей стране. На смену треугольному крылу приходит крыло изменяемой геометрии, позволившее получить самолеты с уникальными свойствами — с сочетанием достоинств и возможностей и сверхзвуковых, и дозвуковых машин. Казалось бы, уж эти-то истребители смело можно называть идеальными, но тем не менее им на смену подходят самолеты со столь уникальными свойствами, что оценить их традиционными мерками просто невозможно... .

СВЕРХЗВУКОВЫЕ РЕАКТИВНЫЕ ИСТРЕБИТЕЛИ

	МиГ-21Ф-13	“Мираж-111С”	F-104G	SAAB-35D	F-5E
Размах крыла, м	7,154	8,2	6,68	9,4	8,14
Длина самолета, м	15,76	13,83	16,69	15,35	14,69
Площадь крыла, м2	23,0	34,1	18,28	49,2	17,29
Тяга двигателя, кгс	5750	6200	7167	8000	2Х2268
Взлетный вес, кгс	7570	11800	9510	11400	6985
Скорость км/ч	2125	2220	2120	2100	1700
на высоте, м	12500	12000	12200	11500	11000
Скорость у земли, км/ч		1490	1470	1400	1200
Потолок, м	19000	23000	17680	16700	16300
Дальность полета, км	1580	650	819	635	1400
Вооружение: пушечное, шт/калибр	1Х30	2Х30	1Х20	2Х30	2Х20
ракетное, кол-во ракет “воздух — воздух”	2	2	4	4	2

СВЕРХЗВУКОВОЙ ИСТРЕБИТЕЛЬ МИГ-21Ф-13

МИГ-21Ф-13 — легкий одноместный фронтовой истребитель с треугольным крылом.

ФЮЗЕЛЯЖ самолета имеет сигарообразную форму, его поперечное сечение — эллиптическое. По конструкции он представляет собой полумонокок из алюминиевых сплавов, со стальными шпангоутами и силовыми узлами. Для установки, осмотра и демонтажа двигателя предусмотрен эксплуатационный разъем, делящий фюзеляж на две части — носовую и хвостовую.

В передней располагается воздухозаборник с регулируемым в зависимости от скорости полета и угла атаки самолета входным сечением. Его площадь меняется при перемещении носового конуса, который может занимать три фиксированных положения. В носовой части фюзеляжа находится также кабина пилота, закрытая прозрачным фонарем обтекаемой формы Передняя его часть — откидная, причем поднимается она с помощью пневмоцилиндров. При катапультировании этот элемент фонаря захватывается креслом и защищает таким образом пилота от набегающего потока. Система обеспечивает аварийное покидание самолета на скорости до 1100 км/ч даже на малых высотах.

Хвостовая часть фюзеляжа — типа монокок, она образована шпангоутами, стрингерами и обшивкой. Небольшие воздухозаборники на хвостовой части фюзеляжа предназначены для организации обдува двигателя.

КРЫЛО треугольное, с углом стреловидности 57°. Закрылки — со скользящей осью вращения, угол их отклонения уменьшается автоматически — по мере разгона самолета после взлета.

ХВОСТОВОЕ ОПЕРЕНИЕ тонкого симметричного профиля. Горизонтальное оперение цельноповоротное, без традиционных рулей высоты, с углом стреловидности 55°. На концах лопастей стабилизатора установлены противофлаттерные грузы.

СИЛОВАЯ УСТАНОВКА представлена турбореактивным двигателем Р-11Ф-300 с осевым компрессором и форсажной камерой. Тяга двигателя — 3900 кгс, включение форсажа поднимает ее до 5750 кгс. Воздух к двигателю подводится от носового воздухозаборника по двум “протокам”, огибающим кабину, и после нее сливающимся в единый канал. Реактивное сопло двигателя имеет регулируемые створки, автоматически изменяющие сечение сопла при включении форсажной камеры.

ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА состоит из семи фюзеляжных резинотканевых баков и четырех крыльевых кессонов общей емкостью 2470 л. Кроме того, под фюзеляжем может подвешиваться один дополнительный бак на 480 л.

ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА. К ним относятся трехстоечное убирающееся шасси, три подфюзеляжных тормозных щитка, а также посадочный тормозной парашют — он раскрывается автоматически при соприкосновении с полосой колес главного шасси. Носовая стойка убирается в фюзеляж вперед, против полета, главные — в консоли крыла, при этом колеса разворачиваются относительно стоек на 87° и укладываются в фюзеляж. Тормоза — пневматические.

ГИДРОСИСТЕМА образована двумя самостоятельными подсистемами: бустерной, питающей гидроусилители элеронов и стабилизатора, и основной — с ее помощью убираются и выпускаются шасси, закрылки, тормозные щитки, а также работают другие самолетные агрегаты.

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ этой машины стала классической для сверхзвуковых истребителей. Управление стабилизатором — двухкамерным бустером, установленным в хвостовой части фюзеляжа. Бустеры стабилизатора и элеронов включены в систему управления по необратимой схеме, то есть нагрузки от рулей полностью замыкаются на бустерах, а пилот традиционной ручкой управляет лишь золотниковыми механизмами. Для имитации нагрузок на ручку используются пружинные загружатели, примем затяжка пружин меняется в соответствии со скоростью полета. Автоматически, в соответствии с ростом скорости уменьшается и “передаточное отношение” от ручки управления к стабилизатору, поскольку эффективность цельноповоротного горизонталь. ного оперения при этом возрастает и углы его отклонения приходится ограничивать несколькими градусами. Привод руля направления — безбустерный, на больших скоростях пользоваться им не приходится.

ВООРУЖЕНИЕ истребителя МИГ-21Ф-13 состоит из одной 30-мм пушки HP-30 и двух самонаводящихся ранет класса “воздух — воздух”. Вместо последних на пилоны может подвешиваться и другое авиационное вооружение.

Реактивный сверхзвуковой самолет-истребитель МиГ-21 Ф-13: 1 — подвижный конус (центральное тело регулируемого воздухозаборника), 2 — штанга приемника воздушного давления, 3 — отсеки оборудования, 4 — катапультируемое кресло пилота, 5 — топливные баки, 6 — замок тормозного парашюта, 7 — контейнер тормозного парашюта, 8 — двигатель Р-11Ф-300, 9 — тормозные щитки, 10 — антенна радиолокационного прицела, 11 — канал воздухозаборника двигателя, 12 — аэродинамические гребни на крыле, 13 — противофлаттерные балансиры стабилизатора, 14 — ракеты “воздух— воздух” К-13, 15 — пушка, 16 — подвесной топливный бак, 17 — створки дополнительного забора воздуха, 18 — воздухозаборники для обдува двигателя, 19—закрылок, 20—цельноповоротное горизонтальное оперение.

Чертежи для печати

Источник: "Моделист-Конструктор" 1984, №7
OCR: mkmagazin.almanacwhf.ru