Формула успеха аэродинамики. Большое приключение «миражей» с изменяемой геометрией крыла Часть 1 Эпизод 1

В 1965 году была запущена программа AFVG, целью которой было создание англо-французского боевого самолета с изменяемой геометрией крыла, в то время как министерством обороны Франции был заказан у компании Dassault прототип истребителя Mirage G. Все это происходило на фоне соперничества между двигателестроителями…

Содержание:

Программы французских самолетов с изменяемой геометрией крыла привели к созданию технологически успешных машин, которые, однако, не попали в серийное производство. Развитие и прекращение этих программ можно понять, если рассматривать их в политическом, промышленном, военном, национальном и международном контексте тех лет.

В начале 1960-х годов ВВС Франции (l’armée de l’Air) были оснащены самолетами семейства Mirage III (IIIC, IIIB, IIIE, IIIR), и генеральный штаб уже подготавливал требования к самолету, который должен был заменить «миражи». Аналитикам представлялся самолет, имевший короткие взлет и посадку и способный доставлять ядерный заряд вглубь территории противника. Со своей стороны НАТО в рамках программы оснащения «Основные военные требования НАТО №3» (Nato Basic Military Requirement3 – NBMR3), желавшее быть свободным от длинных и дорогостоящих бетонных взлетно-посадочных полос, выступало за машину с короткими (СКВП) или вертикальными взлетом и посадкой (СВВП).

С середины 1960-х годов, в основном в ходе второго закона о финансировании военных расходов (1965-1971), были разработаны и построены несколько прототипов самолетов:

• с вертикальными взлетом и посадкой (сначала Balzac 001, затем Mirage IIIV);
• с неподвижным крылом – Mirage F (F2, F1);
• с крылом изменяемой геометрии – Mirage G (G, G4 и G8).

Все эти программы являлись программами национальными. В 1965 году работы над самолетом с изменяемой геометрией крыла велись совместно с британцами. У всех этих самолетов были проблемы с силовой установкой. Дело в том, что в те годы Франция не имела своих мощных двигателей и потому была вынуждена прибегать к иностранным лицензиям. Таким образом, 28 декабря 1959 года в обмен на 10,9% своих акций компания SNECMA получила лицензию на производство американских двигателей Pratt & Whitney TF10 и TF30, на которые затем была установлена система дожигания (TF106 и TF306). Эти двигатели устанавливались на прототипы Mirage IIIV и Mirage F2.

Прототип экспериментального французского СВВП Balzac 001 (для горизонтального полета предназначался двигатель Bristol Orpheus, а для взлета и посадки — восемь Rolls-Royce RB-108) совершил свой первый полет без вертикальных взлета и посадки 18 октября 1962 года, а 19 марта 1963 года уже с вертикальными участками траектории. За «бальзаком» последовал Mirage IIIV, оснащенный TF106 и восемью Rolls-Royce RB-162 и совершивший первый полет 12 февраля 1965 года. Концепция СВВП оказалась очень сложной и дорогой, и 27 августа 1965 года генштаб ВВС отменил программу Mirage IIIV.

Чтобы извлечь выгоду из наличия TF306, 20 сентября того же года был заказан прототип самолета-высокоплана с неподвижным стреловидным крылом Mirage F2, который являлся резервным на случай прекращения работ над машинами с крылом изменяемой стреловидности и впервые полетел 12 июня 1966 года. В программах самолетов, построенных вокруг американских двигателей, основной целью было дать возможность сделать выбор боевого самолета, который должен был быть введен в эксплуатацию в 1970 году. Между тем, разработанная на собственные средства компании Générale aéronautique Marcel Dassault (GAMD – Dassault) уменьшенная версия F2 – оснащенный французским двигателем Snecma Atar 9K истребитель Mirage F1 – впервые поднялась в воздух 23 декабря 1966 года.

Компания Dassault также была заинтересована в разработке самолетов с изменяемой геометрией крыла. В 1963 году компания сделала заявку на участие в программе НАТО с проектом MD-800, предназначенным для морских сил Североатлантического альянса и представлявшим собой двухдвигательный самолет, способный действовать с палуб авианосцев. Затем в 1964 году в рамках программы Dafné (Défense aérienne des forces navales avancées – усовершенствование ПВО военно-морских сил) компания Dassault представила проект самолета, который мог быть применен на французских авианосцах типа «Клемансо» (Clemenceau). Также в 1964-65 годах со своими проектами двухдвигательных самолетов с изменяемой геометрией крыла MD-921 и MD-922 компания участвовала в программе создания учебного самолета и самолета тактической поддержки. Эти проекты не вызвали заинтересованности и не имели продолжения, но позволили компании GAMD получить большой объем информации по компоновке, считавшейся в те годы очень перспективной. Инженеры компаний Breguet, Nord Авиация и Sud Aviation также работали над проектами истребителей с изменяемой геометрией крыла.

29 сентября 1964 года командованием авиационной технической службы (Service technique aéronautique – STAé) было высказано мнение, что

«необходима сдержанность в проектировании и разработке самолетов с крылом изменяемой геометрии, которое не является панацеей, а лишь интересным методом, который может быть использован в программах создания машин для ВВС, ВМС (палубные самолеты) и гражданской авиации. Мы считаем, что для освоения данной техники необходимо пройти через этап создания экспериментального самолета (два прототипа). С экономической точки зрения эти самолеты должны быть разработаны под существующий двигатель (Atar 9) и должны позволить быстро исследовать данную концепцию в достаточно широком диапазоне режимов полета».

В марте 1965 года министерство обороны попросило компанию GAMD обеспечить сотрудничество с Соединенным королевством в целях строительства самолета с переменной геометрией крыла.

31 марта 1965 года Марсель Дассо написал начальнику авиационной производственно-технической службы и (Directeur technique et industriel de l’aéronautique):

«После нашей недавней беседы я имею честь подтвердить, что компания GAMD готова работать с выбранной вами английской фирмой и построить самолет с изменяемой геометрией крыла, для которого мы со всей любезностью ожидаем от вас получения договора проектно-изыскательского подряда».

Затем Марсель Дассо с осторожностью добавил:

«Для того, чтобы не попасть в невыгодное положение относительно наших британских коллег было бы целесообразно, чтобы насколько это возможно, использовать в данной разработке, вплоть до постройки прототипа, двигатель TF-30. Самолет, построенный в сотрудничестве с англичанами в дальнейшем, может быть двухмоторным.

В любом случае, компания GAMD немедленно свяжется с выбранной Вами британской авиастроительной компанией, как только Вы дадите нам по ней соответствующие указания».

Франко-британское соглашение

17 мая 1965 года французское и британское правительства подписали Меморандум о взаимопонимании относительно создания – в равных долях – учебно-боевого самолета/самолета тактической поддержки (Ecat, будущий Jaguar) а также боевого самолета с изменяемой геометрией крыла (Anglo-French Variable Geometry — AFVG). Последний должен был стать двухместным двухмоторным самолетом, способным выполнять функции штурмовика, перехватчика, разведчика, носителя ядерного оружия и палубного самолета, способного действовать с английских и французских авианосцев. Поскольку размеры кораблей были разными, то для французов максимальный вес ограничивался 16 тоннами, а для англичан – 23 тоннами. Каждая страна планировала построить по 150 самолетов с запланированным вводом в эксплуатацию в 1974 году. Однако, поскольку британцы видели в AFVG в первую очередь замену перехватчика Lightning, а французы – самолет вторжения, то достижение компромисса было весьма трудным делом.

В протоколе говорилось, что правительства

«для четырех программ, начало которым определено данным протоколом, выберут в качестве производственных партнеров следующие авиастроительные компании:

• a) планер самолета Ecat: Avions Louis Breguet и British Aircraft Corporation (BAC);
• b) силовая установка самолета Ecat: Turbomeca и Rolls-Royce;
• c) планер самолета GV [géométrie variable – изменяемая геометрия (ИГ) крыла]: Générale Aéronautique Marcel Dassault и British Aircraft Corporation;
• d) силовая установка самолета GV: SNECMA и Bristol Siddeley».

Соглашение по AFVG, в отличие от подписанного в 1962 году соглашения по самолету Concorde, по настоянию англичан содержало условие об отмене.

Организация создала координационный комитет с посменным шестимесячным председательством каждой из сторон, контролировавший всю полноту программ и объединявший с французской стороны представителей делегации на уровне министра вооружения, начальников штабов ВВС и ВМС, а также двух инженеров авиационной технической службы. С британской стороны были представители этого же уровня. Также были созданы технические подкомитеты и рабочие группы по планеру, силовой установке, системам вооружения, радару, ракетам, оборудованию и эксплуатационным характеристикам.

Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы и производство должны были быть поровну распределены между двумя странами. Между тем, если авиа- и моторостроительные компании были выбраны, то ни за планер, ни за силовую установку, ни за системы вооружения никаких генеральных подрядчиков назначено не было. Такое решение или скорее непринятие решения незамедлительно привело к проблемам:

• • Франция получила на выбор компоновку Breguet 121 для планера Jaguar, в то время как Великобритания в обмен хотела самолет с изменяемой стреловидностью крыла, который не устраивал ни министерство авиации, ни компанию Dassault;
• • SNECMA и Bristol Siddeley Engines имели двигатель M45G, который не подходил для Rolls-Royce, которая в свою очередь предложила двухконтурный турбореактивный двигатель RB-153, разрабатывавшийся на средства британского и западногерманского правительств для окончившегося неудачей проекта германо-британского СВВП. Кроме того, технические службы обеих стран, а также конструкторы BAC и Dassault не считали M45G подходящим из-за его недостаточной мощности.

Программа оказалась трудноуправляемой, и в июне 1965 года подкомитет, ответственный за подготовку эксплуатационных характеристик, отмечал, что

«в техническом плане эти характеристики очень трудно удержать. Некоторые из них противоречат друг другу. Их относительную важность трудно определить, потому что они меняются в зависимости от угроз, политической и оперативной ситуаций в данный момент времени».

В то время как была начата реализация программы AFVG, макет «миража» с изменяемой геометрией крыла (Mirage III G) был представлен на проходившем в июне 1965 года в Ле-Бурже международном авиасалоне.

Запуск программы AFVG следует рассматривать в контексте решений, принятых ранее правительствами двух стран. 14 января 1963 года – после состоявшегося 21 декабря 1962 года подписания в Нассау англо-американского соглашения, по которому Великобритания согласовывала свою военную политику с США – генерал де Голль выступил против вступления Британии в Общий рынок, а 22 января подписал с ФРГ договор о дружбе и сотрудничестве, называемый также «елисейский договор» (de l’Elysée). 19 октября 1964 года премьер-министр Великобритании Гарольд Вильсон призвал к прекращению программы Concorde, против чего выступила Франция, указывая на отсутствие условий об отмене программы. 2 февраля 1965 года британское правительство, переживавшее серьезный экономический и финансовый кризис, решило прекратить свои крупные национальные авиационные программы: четырехдвигательного транспортного самолета с КВП HS 681, истребителя с ВВП P-1154 и дальнего ударного самолета/самолета разведчика TSR-2. Вместо отечественных машин было решено заказать американские боевые самолеты McDonnell F-4 Phantom II, General Dynamics F-111 и транспортный C-130 Hercules. Отношения между Францией и Соединенным Королевством ухудшились, и оба правительства хотели сделать жест в инициировании сотрудничества в области создания боевых самолетов и вертолетов. Британское правительство к этому подталкивали выводы доклада Плаудена [1] о состоянии своей авиационной промышленности в 1964-1965 годах, в котором, ссылаясь на рост затрат и сложности разработки и производства самолетов, призывалось отказаться от поддержки национальных программ и продолжать двигаться в направлении европейского сотрудничества, особенно с Францией. Со своей стороны французское правительство с благосклонностью относилось к сотрудничеству, которое позволяло избежать слишком большой ориентации Великобритании на США.

27 августа 1965 года франко-британские межправительственные переговоры продолжились, и министерство обороны решило заказать у Générale aéronautique Marcel Dassault прототип экспериментального Mirage G (с одним двигателем TF306), представлявший собой оптимизированную под крыло с переменной стреловидностью версию Mirage F-2 и заинтересовавший ВВС и морскую авиацию. Эта программа была представлена британцам, чтобы помочь подготовить определение AFVG и обеспечить при этом резервный вариант на случай прекращения франко-британского сотрудничества. Тем не менее, в датированной 15 октября 1965 года ведомости бюро программ оборудования ВВС было отмечено, что

«не стоит скрывать, что это весьма рискованный выбор в качестве «запасного варианта» самолета «ИГ с национальным двигателем» и что «в настоящее время трудной частью являются двигатели … Резервное решение в виде французского самолета с одним двигателем TF-306 не следует рассматривать слишком быстро. В этой связи возникает вопрос о будущем TF-306 [2]».

Ход выполнения программы AFVG

31 октября 1965 года British Aircraft Corporation и GAMD, у которых с технической точки зрения позиции совпадали, представили первый проект самолета: двухмоторный, двухместный, с изменяемой геометрией крыла и максимальным весом в 16 тонн. Двигателями должны были стать Bristol-Snecma M45G, мощности которых было недостаточно.

Генеральный штаб, желавший получить самолет с большим боевым радиусом, переключился на самолет весом 23 тонны. Учитывая финансовую сторону, руководящий комитет запросил самолет весом 20 тонн. Двигатели Bristol-Snecma были рассмотрены в нескольких вариантах проекта. В конечном итоге, было решено, что невозможно создать самолет, который был бы в состоянии соответствовать различным требованиям спецификации. Было решено, что необходимо разработать две версии: перехватчик со слабыми возможностями ударного самолета и ударный самолет с небольшими возможностями перехватчика.

Проблемы с силовой установкой усложнялись. Pratt & Whitney и SNECMA подписали соглашение, по которому американцы расширяли свое технологическое присутствие в Европе. Со своей стороны компания Rolls-Royce была обеспокоена и опасалась оказаться в долгосрочной перспективе изолированной и обреченной на финансовые проблемы.

Чтобы склонить компанию Dassault в сторону проекта франко британского самолета с изменяемой геометрией крыла, в генштабе ВВС, который предпочитал двигатель Rolls-Royce, было заявлено, что готовы принять Mirage F1 при условии, что компания сделает выбор в пользу SNECMA TF306. В планах генштаба было предложить компании GAMD два варианта: Mirage F1 и франко-британский самолет с изменяемой геометрией крыла или французский самолет с изменяемой геометрией крыла (Mirage G) без Mirage F1, поскольку отечественный самолет с ИГ будет стоить больше, чем AFVG.

1966 год был богат на политические и военные события, оказавшие непосредственное влияние на франко-британское сотрудничество.

В феврале 1966 года французский министр обороны проинформировал своего британского коллегу, что он готов отменить программу Mirage G, если из соглашения по AFVG будут удалены условия отмены программы. Британский министр обороны, уязвленный неудачей отмены программы Concorde, отказался от данного предложения.

22 февраля 1966 года правительство Великобритании опубликовало Белую книгу по обороне, в которой указывалось, что Королевский флот отказывается от самолетов с переменной стреловидностью крыла и что Королевские ВВС в настоящее время уделяют повышенное внимание ударным задачам. Для того чтобы заполнить пробел перед датой получения AFVG, предусматривался заказ на пятьдесят F-111.

После объявления о выходе Франции из военной организации НАТО (7 марта 1966 года) и выступления генерала де Голля в Пномпене (1 сентября 1966 года), в которой он возложил на США ответственность за войну во Вьетнаме, американское правительство выступило за запрет какого-либо экспорта французских военных самолетов, оснащенных двигателями Pratt & Whitney. Это стало смертельным ударом для программ самолетов, оснащенных такими силовыми установками. С выходом из военной организации НАТО Франция должна была самостоятельно обеспечивать противовоздушную оборону своей территории и, следовательно, отдавать приоритет задачам перехвата и уделять больше внимания задачам доставки ядерных зарядов вглубь территории противника. Данные задачи были мало совместимыми; более того, не совпадали системы вооружений.

Mirage IIIT был использован в качестве испытательного стенда для двигателей, полученных от компании Pratt & Whitney. С двигателем TF104 он летал в июне 1964 года, а с двигателем TF106 – в январе 1965 года

Mirage F2 на авиасалоне в Ле-Бурже 1967 года. Самолет был оснащен двигателем TF306 и соответствовал требованиям ВВС, которые отказались от него в пользу Mirage G

устанавливавшийся на Mirage F2 и Mirage G двигатель SNECMA TF306 являлся развитием двигателя Pratt & Whitney TF30, которым оснащался F-111

ПРИЛОЖЕНИЕ

Изменяемая геометрия крыла, преимущества и недостатки

В конце 1960-х годов в мире был бум сверхзвуковых самолетов с изменяемой (или переменной) геометрией крыла. Целью было снижение скоростей взлета и посадки и тем самым сокращение необходимой длины взлетно-посадочных полос. Данная концепция ведет свое происхождение от немецкого экспериментального самолета 1945 года Messerschmit P.1101, изменение стреловидности крыла которого осуществлялось на земле.

Полет этого самолета состоялся лишь в июне 1951 года и в виде американской копии Bell X-5. Идея получила развитие в виде стреловидности крыла, изменяемой в полете. На низких скоростях крыло должно было быть прямым, создавая аэродинамическую подъёмную силу. С увеличением скорости стреловидность крыла также должна была увеличиваться и, тем самым, уменьшать сопротивление, в том числе и «управляемый» скачок уплотнения, который при приближении к M=1 вызывал резкое увеличение сопротивления.

экспериментальный самолет Bell X-5 был первым летавшим самолетом с изменяемой геометрией крыла

Однако в силу ряда причин такая концепция на практике не применялась. Во-первых, требовались сложные и тяжелые механизмы, а во-вторых, появление новых видов вооружений: бомб и крылатых ракет, которые можно было запускать с безопасного расстояния. Это постепенно привело к отсутствию необходимости сверхзвуковых полетов на малых высотах, и одновременно с этим на больших высотах кинетический нагрев планеров самолетов на сверхзвуковой скоростях стал отлично подходить для наведения управляемых ракет с инфракрасными головками наведения.

Кроме того, требования к сверхзвуковому полету на малых высотах были серьезно скорректированы: были возвращены требования к маневренности, позволявшей избежать действующих на малых высотах средств ПВО противника. Таким образом можно было отметить, что достижение скорости M=2,0 больше не требовалось для новейших боевых самолетов.

Наиболее известными самолетами с изменяемой геометрией крыла являются F-111 Aardvark (первый полет 21 декабря 1964 года), F-14 Tomcat (первый полет 21 декабря 1970 года), Tornado (первый полет 14 августа 1974 года) – тяжелые маломаневренные самолеты, считавшийся посредственным МиГ-23 и прототипы Mirage G – легкие, благодаря простой системе поворота консолей, и могущие претендовать на маневренность при скорости M=2,3…

последовательность изменения стреловидности крыла на F-111

Именно благодаря этим экспериментальным самолетам Mirage G, компания Dassault показала, что существует неподвижное крыло, оптимальное и для низких скоростей для сверхзвукового полета. Достижения в области аэродинамики (в том числе и схема «утка») и изменения доктрины сделали все остальное.

M. B.

• (1) Report of the Committee of Inquiry into Aircraft Industry (Plowden Committee), Her Majesty’s Stationery Office, Londres, 1965.
• (2) Service historique de la Défense (Air),8E 20058 AFVG.

источник: Claude Carlier «Une formule aérodynamique gagnante. La grande aventure des «Mirage» à geométrie variable» «Le Fana de l’Aviation» 2014-07