«Самолет изменяемой компоновки»

«Самолет изменяемой компоновки»

Эскизное проектирование ПФИ было поручено бригаде Л. И. Бондаренко, но к тематике постепенно подключались другие подразделения. Главным конструктором по самолету стал Н.С. Черняков, а на уровне руководства тему курировал первый зам Сухого Е.А. Иванов. Работа началась с углубленного анализа уже существовавших схем истребителя и создания новых, в большей или меньшей степени отражавших влияние ЦАГИ. За короткое время было выполнено столько вариантов общего вида, что Т-10 получил прозвище «самолет изменяемой компоновки». Каждый из вариантов просчитывался, из них выбирались лучшие и продувались в аэродинамических трубах. Круг поиска постепенно сужался, пока не замкнулся на компоновке, напоминавшей первый общий вид образца 1970 г., но все же представлявшей собой компромиссное решение.

Опытный самолет Т10-1 перед началом заводских испытаний

Самолет Т10-1 в первом полете и на стоянке аэродрома ЛИИ

Основными направлениями исследований были: определение оптимальной геометрии корневых наплывов, компоновка оперения, обеспечивающего заданные характеристики устойчивости на всех режимах полета, поиск путей дальнейшего повышения маневренности. Одним из таких путей стало деформирование срединной поверхности крыла, что позволило значительно повысить не только подъемную силу, но и аэродинамическое качество. Так, на основных режимах боевого маневрирования качество деформированного крыла с наплывом в 1,5 раза превысило показатель традиционного крыла. Применение средств механизации крыла еще более улучшило несущие свойства. При этом пришлось разрабатывать систему управления механизацией, способную выбирать углы ее отклонения в зависимости от меняющихся условий полета. Сознательное использование вихревой системы, генерируемой наплывами, дало возможность летать на невиданных ранее углах атаки. Однако при достижении больших углов давление в вихрях начинает пульсировать, и возникает тряска, при которой истребитель еще не сваливается, но летчик уже не может выполнять прицельную стрельбу. Поэтому в ходе проектирования маневренного самолета необходимо точно знать границы возникновения тряски, затянуть ее начало и ограничить интенсивность. Решить эту сложнейшую задачу позволила серия модельных экспериментов, для которых использовалась аэродинамическая труба Т-203 в СибНИИА.

Статически неустойчивая компоновка потребовала очень сложной системы дистанционного управления (СДУ), все функции которой сразу реализовать не удалось. Тогда задачу попытались упростить, отказавшись от механизации передней кромки, а функции флаперонов (установка которых предусматривалась ранее) разделив между элеронами и закрылками. СДУ самолета Т-10 прошла опережающую отработку на летающей лаборатории «100ЛДУ», основой которой послужил Су-7У. Под влиянием ЦАГИ относительная толщина наплывов была уменьшена, а площадь – увеличена. Это привело к значительно более выраженной носовой части фюзеляжа. В таком виде было решено строить первый опытный Су-27.

Свой путь преобразований проходили двигатели, бортовое оборудование, вооружение. Довольно скоро выяснилось, что принятые в качестве исходных характеристики этих составляющих авиационного комплекса слишком оптимистичны. Для Су-27 были выбраны ТРДДФ АЛ-31Ф, которые проектировались в МКБ «Сатурн» бригадой В.К. Кобченко под общим руководством A.M. Люльки. Аванпроект предусматривал создание не только мощного и экономичного, но компактного и легкого высокотемпературного двигателя с монокристаллическими неохлаждаемыми лопатками турбины. С учетом предполагаемого расширения режимов полета в трансзвуковой зоне требовалось значительно повысить запас его газодинамической устойчивости. Однако тогда в СССР опыта создания форсажных двухконтурных двигателей еще не было, и конструкторы АЛ-31Ф частенько «оглядывались» на двигатель F100-PW-100 самолета F-15. Именно под влиянием информации о нем в АЛ-31Ф добавили дополнительную ступень компрессора низкого давления, в результате размеры и масса двигателя возросли. Монокристаллические лопатки создать также не удалось, пришлось отбирать от компрессора воздух на охлаждение обычных, что увеличило расход топлива.

Состав радиоэлектронного оборудования Т-10 от истребителей предыдущего поколения отличался существенно. Так, впервые в мировой практике его прицельное оборудование, как и оборудование МиГ-29, должно было состоять из двух взаимодополняющих каналов – радиолокационного и оптико- электронного. Разработка нового радиолокатора для прицельного комплекса РЛПК-27 была задана постановлением Правительства в 1976 г. и предусматривала создание станции, превосходящей РЛС AN/APG-63 истребителя F-15A. Радиолокатор «Меч» задумывался Главным конструктором НИИ приборостроения В.К. Гришиным как уменьшенный вариант станции «Заслон» перехватчика МиГ-31 с электронным сканированием в двух плоскостях. Но трудности с самим «Заслоном» привели к тому, что НИИП потерял самостоятельность, влившись во вновь образованное НПО «Фазотрон», а идеологию станции упростили. От электронного сканирования в двух плоскостях отказались, перейдя на механическое по азимуту. В таком варианте и была построена РЛС Н001 «Меч», однако злоключения на этом не закончились.

Двигатель АЛ-31ФН

Когда министром обороны стал Д.Ф.Устинов, больше внимания стало уделяться унификации вооружения и его систем с целью экономии средств. Среди прочего было запланировано привести к единым стандартам частотные диапазоны, в которых работали РЛС ВВС и ПВО с тем, чтобы в перспективе создать единый бортовой локатор, который с небольшими изменениями мог бы ставиться на все типы самолетов, а также унифицировать наземные станции наведения. Это, в частности, позволило бы уйти и от того, что в ВВС применялись одни ракеты «воздух-воздух», а в ВВС – другие. Преимущества унификации были очевидны, но чей частотный диапазон выбрать – применяемый в ПВО 3-сантиметровый или 2-см, используемый ВВС? НИИ авиационных систем рекомендовал оставить в качестве стандартного 2-см локатор, разрабатываемый для МиГ-29, который имел лучший энергетический потенциал и более высокую разрешающую способность. На волну длиной 3 см был настроен и локатор самолета F-15, специалисты НИИ АС предвидели неприятности и в этом (хотя, забегая вперед, скажем, что проблемы здесь оказались не у нас, а у американцев). Но в 3-см диапазоне работали системы наведения перехватчиков ПВО, они дорого стоили и имелись в большом количестве. Очевидно, именно это стало главным аргументом в пользу единой 3-см РЛС.

Создание оптико-электронной прицельной системы ОЭПС-27 поручалось ЦКБ «Геофизика». Она предназначалась для поиска, обнаружения и сопровождения целей по ИК-излучению или по видимому контуру, определения расстояния до них с помощью лазерного дальномера и решения прицельных задач в ближнем бою. Вся информация, поступавшая от прицельного комплекса, должна была выводиться на индикатор на лобовом стекле (ИЛС) и индикатор прямой видимости (ИПВ), установленный на приборной панели летчика. Система нашлемного целеуказания в первоначальный состав оборудования не входила, хотя и предлагалась. Су-27 стал первым советским истребителем, на котором комплексирование разнородных систем осуществлялось цифровой вычислительной машиной.

В разгар проектных работ выяснилось, что основной элемент вооружения – ракета К-25 – не оправдала возлагаемых на нее надежд, и для Т-10 придется делать новую УР со всеракурсными головками самонаведения, возможностью атаки малоразмерных целей на фоне земли, в условиях активных и пассивных помех. Начало работ над ней было задано Постановлением СМ СССР от 14 июля 1974 г. В основу проекта заложили модульный принцип, позволяющий, комбинируя стандартные агрегаты, собирать ракеты с различными системами наведения, боевыми частями и двигателями, в том числе и с повышенными энергетическими характеристиками. По основным параметрам новое изделие, названное К-27, должно было превзойти новейшую американскую УР средней дальности AIM-7M «Спарроу», обеспечив решающее превосходство советского самолета над F-15. Однако адаптация «радийной» ракеты К-27Р к локатору самолета Т-10 оказалась трудным делом – ее полуактивная головка (Главный конструктор Е.Н. Ге- ништа) работала в 2-см диапазоне.

Для ближнего боя на конкурсной основе создавались две новые ракеты со всеракурсными тепловыми ГСН и повышенными маневренными характеристиками. На МЗ «Вымпел» работали над К-14 – глубокой модификацией серийной УР К-13М. Конструкторы же МЗ «Молния» пошли на создание оригинальной бескрылой ракеты К-72 с газодинамическим управлением. После установки всеракурсной ГСН и увеличения массы эту ракету все же пришлось оснастить крылом, а управление ею сделать комбинированным. В конечном итоге К-72 показала отличные характеристики и была принята для вооружения Т-10.

Одним из следствий принятия концепции маневренного боя стало признание, что в таком бою основная советская авиапушка тех лет ГШ-23 уже не обеспечивала надежного поражения целей – слишком сократилось время их пребывания на линии огня. Выход увидели в увеличении калибра пушки до 30 мм – более крупные снаряды обладали большим разрушающим действием, да и баллистика их была получше. Специально для Т-10 Тульское КБ под руководством В.П. Грязева и А.Г. Шипунова стало разрабатывать такое орудие.

Опытный самолет Т10-3 с двигателями АЛ-31Ф

Т10-5 использовался для отработки вооружения Су-27

Все эти нововведения были вполне обоснованы, однако масса оборудования и вооружения Т-10, как и предполагал П.О. Сухой, получилась гораздо больше ожидаемой. Чтобы уложиться в заданные лимиты, пришлось повести радикальную борьбу за снижение массы планера, в т.ч. пойти на такой исключительный для советского авиапрома шаг, как проведение прочностного расчета элементов конструкции из условия действия нагрузок, составляющих 85% от расчетных, с возможным последующим усилением конструкции по результатам статиспытаний. Кроме того, удалось убедить ЦАГИ и Заказчика в том, что расчет прочности при максимальной перегрузке следует вести не при 80% запасе топлива на борту, а при половинном – именно в такой конфигурации истребителю предстоит вести воздушный бой.

С проблемой снижения массы планера оказалась тесно связана проблема обеспечения его жесткости. В связи с требованием летать со скоростями до 1500 км/ч у земли и 2500 км/ч на большой высоте, крыло и оперение истребителя были спроектированы с малыми относительными толщинами, что создавало опасность возникновения изгибно-крутильного флаттера крыла. С другой стороны, испытания конструктивно подобных моделей обнаружили малоизученные вертикальные изгибные колебания фюзеляжа. При определенных вариантах заправки и подвески вооружения результатом сложения этих видов колебаний становился особый вид флаттера крыла, который, как назло, в наибольшей мере проявлялся в диапазоне чисел М = 0,85-0,92, т.е. в области основных режимов воздушного боя! Эту сложнейшую проблему решали путем подбора местных значений жесткости сопрягаемых агрегатов, что дало снижение амплитуд колебаний при минимальном росте массы. И все же принятых мер оказалось недостаточно – уже в ходе испытаний на оперение и консоли крыла пришлось установить массивные противофлаттерные грузы. Кроме того, оси вращения половин стабилизатора довелось сдвинуть вперед и установить более мощные рулевые приводы.

Другая большая группа проблем при создании Т-10, имеющего вихревой характер обтекания, была вызвана тем, что традиционные продувки моделей в аэродинамических трубах не позволяли исследовать все ожидаемые режимы полета. На больших углах атаки продувки не гарантировали точности, а динамику закритических режимов уловить в трубном эксперименте было просто невозможно. В этих условиях специалисты ЦАГИ и ЛИИ предложили провести ряд экспериментов на свободно-летающих моделях. П.О. Сухой, тонко реагировавший на все новое, согласился. Методика была отработана в 1973-1974 гг. в проблемной лаборатории при кафедре конструкций самолетов ХАИ, и в 1975 г. институт получил заказ на серию динамически подобных свободнолетающих моделей СЛМТ-10. Первый успешный полет СЛМТ-10 с помощью ракетного ускорителя состоялся в мае 1977 г., в том же месяце начал летать и опытный самолет. Надо было спешить, ведь смысл в таких экспериментах состоял, прежде всего, в опережающем графике испытаний моделей, чтобы заблаговременно выявить опасные режимы полета. Однако вскоре модель разбилась на старте. Тогда было предложено сбрасывать СЛМТ-10 с Ту-16, что и обеспечило проведение большинства экспериментов. Были выполнены десятки полетов моделей в конфигурациях Т-10, Т-10С, Т-10М, Т-10К и других. Интересно, что американцы при создании F-15 также не смогли обойтись без испытаний динамически подобных моделей, однако в те годы в СССР об этом еще не было известно.

Т10-10 долго использовался как учебное пособие в КИВВС

К 1975 г. большинство названных проблем было выявлено, намечены пути их решения, а эскизное проектирование Т-10 завершено. В следующем году на ММЗ «Кулон» (открытое наименование ОКБ П.О. Сухого) построили его полноразмерный макет, тогда же вышло Постановление СМ СССР о строительстве опытных экземпляров самолета. Первый из них, названный Т10-1, был заложен на «Кулоне» еще до выхода Постановления – в начале 1976 г. К концу года он был готов. На «единице» отсутствовало вооружение, часть БРЭО, а в связи с неготовностью АП-31Ф стояли одноконтурные двигатели АЛ-21Ф-ЗАИ, поэтому на ней планировалось провести лишь оценку устойчивости и управляемости.