Архангел из ЦРУ. Локхид А-1 – А-12

Продолжаю выкладывать статьи из ЖЖ нашего уважаемого коллеги youROKer-а.

В 1955 году впервые взлете один из символов Холодной войны – самолёт-разведчик U-2. Ещё 5 лет этот самолёт будет совершенно неуязвим для ПВО СССР. Но необходимость создания самолёта следующего поколения для замены U-2 была осознана американцами сразу после завершения испытаний. ЦРУ считало, что в следующее десятилетие им понадобиться самолёт со скоростью в 2,5 Мах на высоте в 30 километров. Самолёт должен был быть оснащён водородным реактивным двигателем. Программа по созданию этого самолёта получила название SUNTAN.

Вначале о существовании этой программы знали 25 человек во всей стране, в том числе и ведущий авиаконструктор Lockheed Кэли Джонсон, который и должен был оценить задание и подготовить первоначальный проект. Работы над SUNTAN велись ещё 3 года, и так как они достойны отдельного разговора, мы не станем подробно рассматривать их в этой статье. В 1957 году Джонсону стало понятно, что требования, заложенные в эту программу, невыполнимы. Требовалось разработать новые материалы, типы двигателя, создать новые тип топлива и способы его хранения. Поэтому он решил сосредоточиться на создании менее быстрого и высотного самолёта на основе двигателей Pratt & Whitney JTD11D-20 (будущий J58). ЦРУ санкционировало эти работы с привлечением группы инженеров из Skunk Works.

Lockheed CL-400 – результат работы программы SUNTAN. Художник Jozef Gatial.

В конце апреля 1958 года инженеры приступили к разработке нового самолёта. Первоначально он получил наименование U-3. Это был высокоплан с трапециевидным крылом малого удлинения. Обращала на себя внимание конструкция хвостовой части самолёта – вертикальное оперение было выполнено в виде сильно удлиненного ромба, хвостовая часть корпуса отсутствовала. Сделано это было для уменьшения веса самолёта. Так же ради меньшего веса самолёт предполагалось собирать из титанового сплава B120-VCA. Два двигателя Pratt & Whitney J58 размещались под крылом сбоку от фюзеляжа в гондолах.

Lockheed U-3. Обратите внимание на конструкцию хвоста.

В июле 1958 года U-3 превратился в Archangel 1, сокращённо А-1. Название "Архангел" было присвоено этому проекту ЦРУ. Претерпел некоторые изменения и сам самолёт. На самолёт вернулась нормальная конструкция фюзеляжа и хвоста, так как конструкция U-3 была недостаточно устойчивой к большим нагрузкам. Так же была увеличена площадь крыла и улучшена аэродинамика двигательных гондол. Максимальный взлётный вес 43,2 тонны при весе пустого самолёта в 18,6 тонн. Скорость самолёта 3 Мах, потолок 28 километров, боевой радиус 3700 километров.

Первые наброски Кэли Джонсона по теме "Архангел".

Деревянная модель Lockheed Archangel 1.

Проекции Lockheed Archangel 1

В августе того же года для увеличения скорости самолёта было решено установить на него дополнительно два прямоточных воздушно-реактивных двигателя диаметром 1,9 метра. Первоначально планировалось установить их на концах крыла обычного Archangel 1, но после испытаний в аэродинамической трубе стало ясно, что конструкцию самолёта надо пересмотреть.

Lockheed Archangel 1с ПВРД на концах крыла.

Lockheed Archangel 1с ПВРД. Художник Jozef Gatial.

Машина подверглась серьёзным переделкам. Была уменьшена стреловидность крыла, увеличена площадь хвостового горизонтального и вертикального оперения. Гондолы двигателей были отнесены от фюзеляжа для улучшения аэродинамики и обтекания. На концах крыла были установлены те же ПВРД диаметром 1,9 метров, вступавшие в работу при скорости 0,95 Мах на высоте 11 километров. Проект получил обозначение Archangel 2. Максимальная скорость возросла до 3,2 Мах а максимальная высота до 32 километров.

Lockheed Archangel 2. Обратите внимание на новое расположение двигателей.

Lockheed Archangel 2. Модель для продувки в аэродинамической трубе.

В октябре 1958 года Джонсон решил, что лучшей защитой разведчика будет максимальное уменьшение его радиозаметности, даже в ущерб скорости. К сожалению, в тот период ещё не существовало проработанной концепции «стелс», поэтому конструкторам приходилось импровизировать и часто принимать необычные решения. Всего было разработано около 15 вариантов Archangel 3, но найти информацию обо всех них не удалось, так что рассмотрим лишь некоторые.

На то время наиболее действенным способом добиться уменьшения заметности было уменьшении габаритных размеров самолёта. Следуя этой идее, размер самолёта был уменьшен до 18 метров длины и 10,2 метра размах крыла. На таком маленьком планере не имело смысла устанавливать двигатели Pratt & Whitney J58 требующие огромного количества топлива. Вместо них были выбраны более слабые, но и более экономичные Pratt & Whitney JT-12. Гондолы двигателей установили на крыле сверху. На концах крылья снова размести ПВРД, но уже диаметром в один метр. Интересно что, по сути, двигатели поменялись местами. Предполагалось, что для экономии топлива Pratt & Whitney JT-12 будут использоваться только для взлёта, посадки, набора высоты и для быстро ускорения самолёта, во всё остальное время полёт происходил на ПВРД. Так же для уменьшения радиозаметности отказались от хвостового горизонтального оперения. Все эти ухищрения позволили вписать в размеры истребителя самолёт с характеристиками от Archangel 1: скорость самолёта 3 Мах, потолок 28 километров, боевой радиус 3700 километров.

Lockheed Archangel 3. Сравните с размерами предыдущих самолётов.

Но на этом инженеры Skunk Works не остановились и продолжили наращивать радионезаметность самолёта. На Archangel 3-2 было решено переработать конструкцию ПВРД, так как согласно испытаниям они серьёзно увеличивали эффективную площадь рассеивания самолёта. Для этого на концах крыла установили прямоугольные гондолы с закруглёнными крыльями, разместив в них по 2 ПВРД диаметром в 0,6 метра, что в сумме давало мощность и расход топлива схожую с предыдущим вариантом. Расчёты показали, что с такими гондолами эффективная площадь рассеивания (далее ЭПР) уменьшится. Так же было переработано шасси для облегчения взлёта.

Lockheed Archangel 3-2. Обратите внимание на гондолы на концах крыльев.

После было решено убрать с крыла Pratt & Whitney JT-12., так как при таком размещении они так же увеличивали ЭПР самолёта. Их разместили снова сбоку от фюзеляжа, как и на самых ранних проектах. Была пересмотрена и конструкция воздухозаборников для них. Вынос двигателей с крыла позволил размещать под крылом подвесные топливные баки для увеличения дальности полёта. Получившийся проект назвали Archangel 3-3.

Lockheed Archangel 3-3 с подвесными топливными баками.

И всё равно после всех этих ухищрений заметно снизить ЭПР относительно обычного Archangel 3 не удавалось. Поэтому конструкторы решили ужать фюзеляж самолёта и пересмотреть конструкцию крыла. Мы знаем прототип под наименованием Archangel 3-5. Самолёт получил новое более стреловидное крыло, был серьёзно уменьшен диаметр фюзеляжа самолёта, незначительно уменьшили и длину самолёта. Всё это понизило боевой радиус самолёта до 2500 километров но так же понизило и ЭПР.

Lockheed Archangel 3-5.

В дальнейшем инженеры продолжили эксперименты с уменьшением ЭПР, и с каждым из них самолёт становился всё меньше и меньше похож на себя. Так в Archangel 3-10 уже почти невозможно узнать изначальный Archangel 3. Пропали ПВРД, кили были установлены ближе к концам крыльев, двигателей Pratt & Whitney JT-12 стало 4, кардинально изменилась конструкция фюзеляжа. К сожалению предположительные ЛТХ этого прототипа не известны.

Lockheed Archangel 3-10.

Параллельно работам над Archangel 3 отдельная команда инженеров специально разрабатывала фюзеляж с минимальной ЭПР. В ноябре они представили свой проект Archangel 4. Получившийся у них самолёт даже у опытных конструкторов вызывал ощущение, что перед ними космический истребитель из научной фантастики. Самолёт ещё уменьшился относительно Archangel 3 – длинна фюзеляжа 17 метров, размах крыла 10,5 метров. На самолёте был установлен только один двигатель Pratt & Whitney JT-12, размещённый в фюзеляже самолёта. Воздухозаборник разместили под фюзеляжем. На концах крыльев устанавливались ПВРД диаметром один метр. Все ЛТХ самолёта соответствовали Archangel 3.

Lockheed Archangel 4.Обратите внимание на расположение воздухозаборника.

Lockheed Archangel 4-2. Обратите внимание на более плавную гарготу. Художник CiTrus90.

После рассмотрения проекта Archangel 4 группой инженеров во главе с Келли Джонсоном было решено, что возможно ещё уменьшить самолёт. Решения, использованные в конструкции для уменьшения ЭПР (эффективная площадь рассеивания) были сохранены, что с уменьшением размера корпуса делало самолёт почти невидимым для радаров. С длиной фюзеляжа в 17,7 метров и размахом крыла в 10 метров Archangel 5 можно считать одним из самых маленьких Архангелов во всём семействе. Вес самолёта составил всего 23 тонны. Но наиболее интересной в проекте была двигательная установка. Она состояла из двух Pratt & Whitney JT-12 расположенных над крылом и с крайне ограниченным запасом топлива. Предполагалось, что эти двигатели будут использоваться только для взлёта, посадки и набора высоты. Основным двигателем был прямоточный реактивный монстр с диаметром в 2,1 метра, прямоугольный воздухозаборник был расположен под фюзеляжем. Вдобавок ко всему этому в киле самолёта установили форсажный ракетный двигатель на жидком топливе с тягой 5 тонн. Согласно расчётам самолёт максимальная скорость самолёта – 3 Мах, потолок — 26 километров и боевой радиус – 2500 километров. В остальных моментах самолёт был схож с Archangel 4.

Archangel 5. Обратите внимание на размещение различных двигателей.

После более подробных расчётов выяснилось, что даже если разместить топливные баки везде, где можно и где нельзя – боевой радиус Archangel 5 не превысит 1500 км – это было недостаточно для ЦРУ. Инженерам пришлось пойти на увеличение самолёта. Для Archangel 6 была выбрана новая конструкция – дельтавидное крыло, конструкция фюзеляжа являлась развитием идей Archangel 4 и 5, но было решено отказаться от толстого вписанного в конструкцию киля в пользу двух килей, размещённых на крыле и заваленных законцовками внутрь, каждый на 15 градусов. Такая конструкция позволила избежать идеально отражающего радиоволны прямого угла. В качестве двигательной установки снова был выбран Pratt & Whitney J58, модернизированный для меньшего расхода топлива и оснащённый форсажной камерой. В дополнении к нему устанавливались два прямоточных двигателя диаметром 0,9 метра. Было подготовлено множество вариантов Archangel 6, но известны на данный момент лишь некоторые. Так в Archangel 6-5 для уменьшения веса было использовано отбрасываемое тяжёлое шасси при взлете, посадку изрядно полегчавший самолёт должен был совершать на своё более лёгкое шасси. Масса самолёта составила 28,5 тонн. Предполагалось, что Archangel 6-5 сможет развить скорость в 3,2 Мах, иметь потолок в 27 километров и боевой радиус в 2400 километров. Размеры самолёта: длина фюзеляжа 19,5 метров, размах крыла 14,4 метров, высота 7 метров.

Archangel 6-5. 

На следующем самолете Archangel 6-6 ради уменьшения веса было решено отказаться от Pratt & Whitney J58 и использовать только два прямоточных реактивных двигателя диаметром 1,2 метра. Для взлёта предполагалось использовать специально разработанную катапульту, посадка осуществлялась на облегчённое шасси от Archangel 6-5. Так же на самолёт вдобавок к двум килям был установлен третий киль, на фюзеляже, спроектированный для отражения радиолучей. В нём предполагалось разместить дополнительные топливные баки. По габаритам самолёт не отличался от Archangel 6-5, но был легче его на 2 тонны. Боевой радиус самолёта возрос до 2650 километров, остальные ЛТХ так же соответствовали Archangel 6-5.

Archangel 6-6. Обратите внимание на дополнительный третий киль.

В дальнейшем от идеи использования только прямоточных двигатель отказались и вернули Pratt & Whitney J58 с двумя прямоточными реактивными двигателями диаметром 0,9 метра. Отказались и от третьего киля, а так же вернулись к использованию нормального шасси. Всего было подготовлено около 16 различных вариантов Archangel 6. Так в варианте Archangel 6-9 было использовано крыло с большей стреловидностью, а также незначительно увеличена длина самолёта. Подобные изменения позволили довести дальность самолёта до уровня Archangel 6-6 без радикальных решений и с сохранением нормального шасси. Вес самолёта составил 29,4 тонны. Одним из необычных решений на Archangel 6-9 стал загиб крыла вверх под углом15 градусов по типу законцовок. Предполагалось, что это уменьшит расход топлива и ЭПР самолёта. Так же рассматривалась возможность установки переднего горизонтального оперения для большей манёвренности самолёта.

Archangel 6-9. Так же изображён вариант с передним горизонтальным оперением.

Lockheed Archangel 6-9. Модель для продувки в аэродинамической трубе. Рядом модель Archangel 12.

В январе 1959 года специалисты из ЦРУ изучили подготовленные проекты Archangel 4, 5 и 6 и пришли к неутешительным выводам – в случае постройки любого из этих прототипов их дальность полёта будет недостаточной и серьёзно отличаться от проектной. Все возможные резервы дальности уже были исчерпаны. Так же было отвергнуто предложение Джонсона о перепроектировании Archangel 4или 5 для размещения на специально созданном самолете носителе. Такое решение серьёзно увеличило стоимость проекта, а использование уже существующих бомбардировщиков в качестве носителей было невозможно из-за конфликта интересов между ЦРУ и ВВС. Было решено отказаться от концепции максимального уменьшения ЭПР самолета, и вернуться к первоначальной концепции максимальной скорости и высоты полёта. О незаметности самолёта стоит думать лишь во вторую очередь и если это не повлияет на остальные характеристики.

Инженеры конструкторской группы Skunk Works решили не мудрить и для Archangel 7 решили использовать наработки по первоначальным проектам Archangel 1 и 2, просто уменьшив их. Было подготовлено три проекта Archangel 7. Их общей чертой стало возвращение к традиционной самолётной компоновке, различия в размещениях воздухозаборников и крыльев. На всех трёх проектах использовалась одинаковая двигательная установка, схожая с установкой на Archangel 6. В качестве основного двигателя выступал уже прижившийся Pratt & Whitney J58, на концах крыла модернизированные прямоточные реактивные двигатели Marquardt XPJ-59 диаметром 0,9 метра. Одинаковые были и ЛТХ прототипов. При весе самолёта в 32 тонны он мог развить скорость в 3,3 Мах, имел потолок в 28 километров и боевой радиус 3050 километров. Размеры самолёта: длинна – 28,6 метров, размах крыла – 14,5 метров, высота – 7 метров. К сожалению изображений Archangel 7-1 не нашлось.

Низкоплан Archangel 7-2.

Высокоплан Archangel 7-3

К сожалению информации о проектах Archangel 8 и 9 не удалось найти. В некоторых источниках говорится о том что под этим наименованиями проходили проекты переделки Archangel 4 и 5 для размещения на самолётах-носителях, в других говорится о том что эти проекты представляли собой развитие Archangel 7. Подтвердить или опровергнуть эту информацию пока нельзя.

В феврале 1959 года стало окончательно ясно, что проект Archangel зашёл в тупик. При всех изысканиях не удавалось серьёзно увеличить дальность полёта и высоту. У Джонсона не оставалось выбора, как сделать ещё один шаг назад и вернутся к размерам первоначальных проектов, но использовать новый дизайн. Так появился проект Archangel 10. От предыдущих вариантов он отличался простым и элегантным дизайном. Длинный цилиндрический фюзеляж с острыми концами, дельтавидное тонкое крыло с прямыми концами, расположенное над фюзеляжем. Для стабильности в полёте был использован большой вертикальный киль, без горизонтального оперения. Два новых мощных реактивных двигателя General Electric J93-3 были размещены под крылом. От использования прямоточных двигателей отказались окончательно. На самолёте было использовано шасси велосипедного типа, без дополнительных стоек. Получившийся самолёт обладал прекрасной аэродинамикой, но о радарной незаметности и речи не было. Зато при весе самолёта в 39 тонн были достигнуты характеристики лучше, чем у 61тонного Archangel 2. Скорость самолёта в 3,4 Мах, потолок 27,5 километров, боевой радиус 3700 километров. Размеры самолёта: длинна 33,5 метра, размах крыла 14 метров, высота 5,8 метров.

Archangel 10. Теперь чем-то напоминает XB-70 Valkyrie.

Модели Archangel 10 в аэродинамической трубе.

Следующий проект Archangel 11 мало отличался от предыдущего. Основным изменением стала установка вместо двигателей General Electric J93-3 «старых» Pratt & Whitney J58, что потребовало немного изменить строение двигательных гондол. Сам самолёт был немного увеличен: длинна 35,5 метров, размах крыла 17 метров, высота 6,5 метров. На самолёте так же была установлена система дозаправки в воздухе, а так же изменено шасси для большей устойчивости. Всё это позволило увеличить высоту полёта до 28,6 километров без изменения других характеристик.

Archangel 11. Обратите внимание на отличие в конструкции гондол и шасси.

В июле 1959 года проект Archangel 11 был одобрен ЦРУ и рекомендован к постройке. Но Келли Джонсон выступил с инициативным предложением по разработке на основе Archangel 11 самолёта с уменьшенным ЭПР и представил проект Archangel 12. Именно этот проект и станет всемирно известным SR-71 "Blackbird", но это уже другая история.

Archangel 12. Первый вариант.

Archangel 12 с передним горизонтальным оперением.

Модель Archangel 12 для испытаний в аэродинамической трубе.

Источники:
Goodall and Miller, Lockheed’s SR-71 ‘Blackbird’ Family.Whittenbury, John R., From Archangel to Oxcart: Design Evolution of the Lockheed A-12, First of the
Blackbirds.
Johnson, Clarence L., Archangel Log.
Peter W. Merlin, Design and Development of the Blackbird: Challenges and Lessons Learned.Paul A. Suhler, From Rainbow to Gusto : Stealth and the Design of the Lockheed Blackbird.

Примечание администрации.

Наш коллега покинул сайт и поэтому поделиться мнением относительно статьи с ее автором можно тут: http://youroker.livejournal.com/21742.html