Формула успеха аэродинамики. Большое приключение «миражей» с изменяемой геометрией крыла Часть 2 Эпизод 2

• Часть 1 Эпизод 1
• Часть 1 Эпизод 2
• Часть 2 Эпизод 1

Конец программы Mirage G

В 1967 году командование военно-воздушных сил Франции, заказав для выполнения задач противовоздушной обороны Mirage F1, решило оснастить ВВС самолетом дальнего радиолокационного обнаружения, для чего представлялся необходимым самолет с высокими летными характеристиками и изменяемой геометрией крыла. Со своей стороны ВМФ Франции хотел получить палубный перехватчик. Таким образом, в 1967 году была запущена программа Mirage G4. На этом фоне в 1968 году программа Mirage G была остановлена, однако компания-производитель продолжила выполнение испытательных полетов. 5 сентября 1969 года Марсель Дассо в связанном с вопросами национальной обороны письме государственному министру Мишелю Дебре (Michel Debré) так описал данную ситуацию:

«Этот самолет мог получить заказ на серийное производство во Франции, что дало бы нам семь лет форы относительно всех наших потенциальных конкурентов. Тем не менее, Mirage G не был заказан в серию по трем причинам:

1. двигатель был американский, и мы в соответствии с пожеланием генерала де Голля, который хотел развития моторостроительной промышленности Франции, должны были отдать предпочтение двигателю SNECMA;
2. генеральный штаб ВВС считал, что самолеты определенной весовой категории должны быть двухмоторными;
3. из-за чрезмерных расходов на летательные аппараты, построенные нами в совместном сотрудничестве (Jaguar с англичанами и Transall с немцами, не говоря уже о Concorde) не было доступного кредита.

Таким образом, генеральный штаб заказал два двухдвигательных прототипа с изменяемой геометрией: G4 с моторами SNECMA 9K50».

Бывший генеральный директор компании SNECMA Жан Бланкар (Jean Blancard) подтвердил желание генерала де Голля:

«Генерал де Голль понял, что если он в соответствии со своим непреклонным желанием хочет иметь армию, оснащенную лучшим оружием и материалами высокого качества, он не мог не признать, что наши авиационные двигатели полностью зависят от технической помощи со стороны Соединенных Штатов. Он очень плохо отреагировал на произошедший в 1959 году инцидент, во время которого я присутствовал в качестве делегата министерства ВВС. Мы заказали у американской компании инерциальную навигационную систему, позволявшую управлять боевым самолетом в любую погоду, и данная система была готова к отправке. Однако в те годы у нас были некоторые сложности во взаимоотношениях с американцами, и они ввели эмбарго на этот вид продукции. Мы его так и не получили, хотя и заплатили за него.

Тем самым имело место непреклонное желание, чтобы наши военные самолеты не зависели ни от американских двигателей, ни от полученных американских технологий, и требование, чтобы двигатели для самолетов были французскими и были лучшего качества. На наши самолеты можно было установить двигатели Atar. Это были подходящие двигатели: простые, надежные, но без сильной компрессии и выполненные в соответствии с устаревшими технологиями. Меры были приняты, и были привлечены люди, организованы исследования и выделены кредиты. Перед производством компанией SNECMA новых двигателей были выполнены исследования по повышению температуры перед лопатками турбины, что является критерием эффективности двигателя и, следовательно, его качеств. В первую очередь исследования проводились лабораторией горного института, а затем в ONERA (Office National d’Etudes et de Recherches Aerospatiales – национальное управление по аэрокосмическим исследованиям). Благодаря этим исследованиям удалось создать лопатки турбин, являющиеся самыми тугоплавкими в мире».

Продолжавшиеся полеты внести ряд улучшений в конструкцию Mirage G:

• • установка в начале 1969 году двигателя TF306E, обладавшего по сравнению с предшественником большей надежностью;
• • увеличение скорости изменения стреловидности консолей крыла;
• • улучшение управления полетом.

В апреле 1970 года Mirage G выполнил 70 полетов с подвешенными под консолями крыла топливными баками. Однако пилоны, к которым была подвешена полезная нагрузка, не были управляемыми, а консоли крыла не поворачивались и имели стреловидность 20°. Поведение самолета в воздухе с подвесными баками было хорошим. Пилоты просили сложить консоли и увеличить стреловидность до 70°, но данный маневр не был реализован во избежание «чрезвычайной ситуации». С летчиками морской авиации на борту Mirage G было проведено моделирование посадки на палубу авианосца, во время которого было испытано поведение самолета. В докладной записке технического управления авиационной промышленности (Direction technique des constructions aéronautiques – DTCA) были подчеркнуты особенности крыла с изменяемой геометрией:

«Для военно-морской авиации было бы необходимо иметь возможность складывать консоли крыла до 70°, что невозможно с Mirage G (риск посадки самолета)». [6]

Летчики различных государственных ведомств сменяли друг друга в команде Mirage G (отметим среди них Робера Галана [Robert Galan], выполнившего в марте 1970 года четыре полета). Все эти летчики подтвердили высокие характеристики самолета.

«Единственный самолет в мире»

Mirage G также был представлен некоторым иностранным делегациям. Австралийцы, которые заказали F-111 у американцев и равное им число Mirage IIIO, были заинтересованы в этом самолете. В сентябре 1969 года коммодор Фишер (Cdt Fisher) выполнил несколько полетов в целях определения полезности данной машины для Королевских ВВС Австралии. В конце 1970 года при демонстрации возможностей самолета присутствовала делегация из Швеции.

Параллельно с летными испытаниями инженеры работали над несколькими модификациями самолета (см. Проекты на основе Mirage G). В этой связи следует отметить, что 8 ноября 1968 года Бенно Клод Вальер представил командованию ВВС Франции G2 в качестве самолета, отвечающего европейской программе MRCA 75 [Multi-Role Combat Aircraft 1975 – Многоцелевой боевой самолет 1975 года, будущий Tornado]:

«Компания Avions Marcel Dassault может построить такой самолет в установленные сроки (первый серийный самолет в 1975 году), при условии получения заказа на шесть прототипов».

Эксперты приветствовали технический успех Mirage G. В октябре 1970 года международный журнал «Interavia» писал:

«Мгновенный успех самолета с изменяемой геометрией крыла Mirage G был подготовлен заранее. Менее чем за два года был спроектирован, изготовлен, испытан и практически доведен прототип самолета с изменяемой геометрией крыла и средним взлетным весом 15 тонн.

Начав через пять лет после General Dynamics и обладая ничтожными по сравнению с американскими вложениями в программу F-111, финансами, расположенное в Сен-Клу конструкторское бюро завершило разработку своего планера раньше американской двухмоторной машины. Пилоты и техники из состава американских миссий присутствовали в Париже и Истре, где шло совершенствование самолета. Были изучены все аспекты самолета, который неоднократно испытывался в воздухе. Можно констатировать, что самолет оказался успешным, поскольку первоначальная расчетная масса была соблюдена и ожидаемые характеристики были иногда превзойдены. Франция стала обладателем единственного в мире самолета, способного на высоте развивать скорость M=2,2 и совершать посадку с пробегом в пределах 400 метров. Ни в какой другой стране, в которой в полной мере развит технический прогресс, нет подобного летательного аппарата.

Создание данного самолета можно смело назвать подвигом, который может быть объяснен следованием линии технической политики компании Avions Marcel Dassault. Mirage F2 и проект Mirage F3 предшествовали Mirage G и помогли его быстрой реализации. Трудности снова были разделены. Mirage F2, являвшийся по сути Mirage G с неподвижным крылом, был самолетом, подготовившим почву для G: он был оснащен тем же двигателем, основные стойки шасси были аналогичными (уборка производилась в фюзеляж, освобождая при этом крыло). Существенным отличием в общем виде между Mirage G и его предшественником были крыло и узел поворота консолей».

Фатальный сбой электропитания

13 января 1971 года Mirage G был потерян во время выполнения своего 317-го полета. Причиной катастрофы стал общий сбой электропитания, приведший к отказу генератора и блокировки элементов управления. Эта ахиллесова пята самолета, указанная в докладе CEV, была известна еще в апреле 1968 года. Летчик-испытатель Жан Куру смог катапультироваться и приземлиться в целости и сохранности.

Mirage G был экспериментальным самолетом, основное назначение которого было в проверке на всех режимах полета концепции крыла с изменяемой геометрией. Он успешно выполнил свою миссию и был готов к преобразованиям, которые позволили бы Франции иметь на вооружении первый в Европе самолет с изменяемой геометрией крыла.

Проекты на основе Mirage G

Инженерами компании на основе Mirage G было разработано несколько проектов боевых самолетов, основное отличие которых заключалось в выборе силовой установки. Несколько предложенных вариантов должны были оснащаться двигателем General Electric J-79 (ставился на F-4 Phantom II и F-104) или Rolls-Royce Spey:

• • G – экспериментальный прототип с одним двигателем TF306;
• • G1 – низковысотный штурмовик с одним двигателем SNECMA M53 или Atar 9K50;
• • G1M – палубный истребитель с одним двигателем J79 или SNECMA;
• • G2 – предложен в 1969 году в качестве участника программы MRCA и в качестве испытательного стенда для двигателя M-53;
• • G3 – штурмовик, альтернатива предложенному в 1969 году G4;
• • G3E/M – палубный истребитель с одним двигателем TF306.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕТАЛЬНОГО САМОЛЕТА MIRAGE G

Аэродинамическая схема экспериментального самолета Mirage G позволяет достичь высоких значений характеристик во всем диапазоне режимов полета:

• • сложенные консоли крыла со стреловидностью 70° и малая относительная толщина крыла [7] (она составляла от 11% до 5%) обеспечивают замечательные характеристики на сверхзвуковой скорости;
• • раскрытые консоли крыла со стреловидностью 20° и относительным удлинением [8] около 7 (в сложенном положении относительное удлинение составляет 1,65) и мощным увеличением подъёмной силы с помощью механизации крыла обеспечивает замечательные взлетно-посадочные характеристики, а также значительные возможности в увеличении продолжительности полета (около 2 часов).

Подвижные консоли крыла

Оптимальное положение узла поворота было важнейшей частью экспериментальных исследований. Предпочтительным вариантом стало расположение узлов поворота немного за пределами фюзеляжа. Данное решение идеально подходит для многоцелевого боевого самолета, который должен сохранить хорошую продольную маневренность на высоких сверхзвуковых скоростях.

Конструкция узла поворота является предметом патента компании Dassault, который, в частности, охватывал оригинальный способ избавиться от поперечных сил и эксплуатационную безопасность, обеспечивавшуюся двумя рабочими поверхностями – основной и аварийной – из фаброида (Fabroïd), представляющего собой ткань из стекловолокна и тефлоновых волокон, позволяющих уменьшить трение в шарнире. С помощью фаброида известные ранее коэффициенты трения снижались в три раза. Узел поворота был изготовлен из высокопрочной мартенситностареющей стали; узел был сварным и способным выдерживать нагрузки в 175 кг/мм². Эта сталь была превосходной (хорошая усталостная прочность, отличная свариваемость, незначительные деформации после тепловой обработки и т.п.). Эта сталь американского происхождения, ранее защищенная патентом как в США, так и во Франции, ранее использовалась в обшивке твердотопливных ракетных двигателей. С данной сталью специально работали французские металлурги, которые придали ей новые качества, обеспечившие ей адаптацию к использованию в конструкциях самолетах. Консоль крыла приводилась в движение установленным в плоскости крыла гидроцилиндром. Уменьшение стреловидности выполнялось посредством двух винтов. Гидроцилиндр приводился в движение двумя гидромоторами, каждый из которых был соединен с переключаемым редуктором.

Гидроцилиндр мог обеспечивать изменение стреловидность консоли крыла за 12 секунд (18 секунд в первый раз) при выполнении самолетом перегрузки до 3 g.

Особое внимание было уделено герметизации прорезей, через которые части крыла входят в фюзеляж. Устройства для перевода из фюзеляжа в консоли крыла различных жидкостей (масла, сжатого воздуха [так в тексте], гидравлики и т.д.) привели к ряду оригинальных решений, которые также были запатентованы. Основным недостатком крыла с изменяемой геометрией было увеличение массы его конструкции. Жан Кабриер, в те годы бывший техническим директором компании Dassault, так отвечал на это замечание:

«В случае с Mirage G данное сравнение может быть выполнено на экспериментальной основе, поскольку предшественником этого самолета был Mirage F2, оснащенный фиксированным крылом и таким же двигателем, что и Mirage G. Экспериментальный самолет Mirage F2 обладал большим радиусом действия, так что сравнение этих двух машин вполне возможно и не даст большой ошибки. Мы обнаружили, что вес всей конструкции крыла и фюзеляжа остался практически неизменным. Увеличение веса фюзеляжа, связанное с узлами поворота консолей крыла и выемками для них, было компенсировано меньшей величиной требуемой площади крыла изменяемой геометрии, а также меньшим значением его толщины. Разница, в основном, заключается в весе гидроцилиндров, их гидравлической системы управления и герметизации прорезей, обеспечивавших связность поворотных консолей крыла и фюзеляжа. Вес этих элементов конструкции был 300 кг, что составляло 3% от веса десятитонного пустого самолета». [9]

Жан Кабриер считал, что при одинаковых задачах, радиусе действия и боевой нагрузке стоимость самолета с изменяемой геометрией крыла по сравнению с самолетом с неподвижным крылом будет на 10% выше.

Механизация крыла

Установка механизации крыла позволила на малых высотах значительно увеличить его подъемную силу без соответствующего увеличения площади. Благодаря закрылкам и предкрылкам Mirage G обеспечивает подъемную силу 100 Cz = 280 (Cz – коэффициент подъемной силы), что в пять раз превосходит соответствующее значение истребителя Mirage III. Несмотря на высокую удельную нагрузку на крыло, превышающую на взлете 600 кг/м², скорость захода на посадку составляет 230 км/ч, а посадочная скорость 200 км/ч, что обеспечивает самолету с крылом с изменяемой геометрией универсальность применения как в ВВС, так и в морской авиации.

Увеличение подъёмной силы обеспечивалось предкрылками и двойными щелевыми закрылками, имевшими большой размах и отклонение. Данные элементы механизации консолей крыла приводились в действие соответствующими гидроцилиндрами. Закрылки отклонялись вниз по внутренним профилированным направляющим, не оставляя никаких видимых следов ни на нижней, ни на верхней поверхности консоли, что для самолета с крылом с изменяемой геометрии было очень важно. Предкрылки имели два положения, одно из которых — «полуклюв» (demi-bec) должно было позволить повысить маневренность в бою.

Управление полетом

Разворот самолета обеспечивался отклонением интерцепторов, установленных на консолях крыла, и дифференциальным отклонением стабилизаторов. Аэродинамические тормоза состояли из четырех элементов, изготовленных из литого магния, были размещены в задней части фюзеляжа по два на верхней и нижней сторонах. Данные тормоза обеспечивали резкое падение скорости, особенно на сверхзвуке, не вызывая при этом какого-либо изменения положения самолета.

Шасси

Основные стойки шасси, конструкции компании Messier, были спроектированы таким образом, чтобы освободить нижнюю часть фюзеляжа для размещения бок о бок или тандемом бомб или подвесных топливных баков. Основные стойки шасси оснащались спаренными колесами умеренного давления (6 кг). Передняя стойка шасси в процессе уборки складывалась, что позволяло избежать длинной ниши, расположенной под фюзеляжем.

Топливная система

Топливные баки, рассчитанные на загрузку 4800 кг керосина, размещены в фюзеляже и крыле. Топливные баки были не мягкими резиновыми, а кессонными.

10 января 1969 года Жан-Франсуа Казобьель (на заднем сиденье) – с 1960 по 1987 год руководитель летных испытаний компании Dassault – выполнил полет на экспериментальном самолете Mirage G; пилотом был Жан Куру

 
на протяжении своей карьеры Mirage G постоянно улучшался. Его система управления полетом была улучшена, а складывание консолей стало быстрее

Mirage G был представлен на 1969 году на авиасалоне в Ле-Бурже. На заднем плане легкие истребители Gnat из британской демонстрационной авиагруппы Red Arrows. Обратите внимание, что перед воздухозаборником экспериментального самолета Mirage G был нарисован красный дьявол — эмблема эскадрильи SPA 160, в которой служил Жан Куру

 
в апреле 1970 года Mirage G выполнил несколько полетов с размещенными под крылом подвесными топливными баками. Однако во время этих полетов консоли крыла не складывались

в конечном итоге Mirage G остался самолетом-демонстратором технологий

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ MIRAGE G

Длина: 16,8 м
Размах крыла: от 7 до 13 м
Площадь крыла: 25 м²
Масса пустого: 9985 кг
Масса максимальная: 18 000 кг
Максимальная скорость на уровне земли: M=1,2
Максимальная скорость на высоте: M=2,2
Силовая установка: 1 × турбореактивный двигатель TF306C, развивавший максимальную тягу 5215 кг и тягу на форсаже 9150 кг

• 6 DTCA, notes sur les GV français monoréacteurs 1963-1971.
• 7 относительная толщина крыла – это отношение высоты профиля к его длине
• 8 удлинение крыла является безразмерным коэффициентом, полученным делением квадрата размаха крыла на его площадь. В случае равенства площадей большим удлинением обладает крыло с большим размахом
• 9 Jean Cabrière, Revue Défense Nationale, juin 1969, p. 1005

источник: Claude Carlier «Une formule aérodynamique gagnante. La grande aventure des «Mirage» à geométrie variable» «Le Fana de l'Aviation» 2014-08