Проект перспективного СВВП/СКВП Grumman 698. США

Данный материал был переведен уважаемым коллегой NF и немного доработан мной. Перевод был выполнен в сентябре 2015 года.

Предисловие редакции: Разработка боевых самолетов в соответствии с высокими технологическими стандартами – процесс достаточно долгий, и от начала работ до поступления самолетов на вооружение нередко проходит от 10 до 15 лет. Данное обстоятельство становится причиной высокой стоимости разработок и может привести к тому, что перспективные проекты могут устареть еще до принятия на вооружение. Сократить время разработки и предварительных исследований должны программы самолетов-демонстраторов (Demonstrator programs). Иными словами, программы самолетов-демонстраторов представляют know-how, которые могли использоваться в передовых технологиях при разработке будущих проектов самолетов. Фундаментальные исследования станут базой для создания демонстраторов технологий (technology demonstrators), а эти технологии, в свою очередь, будут служить ориентиром для прототипов самолетов будущих поколений.

В данный момент в авиастроительной компании Grumman Aerospace ведутся работы по двум значимым программам самолетов-демонстраторов: программа боевого самолета с обратной стреловидностью крыла (Forward Swept Wing) и проект самолета с вертикальным/короткими взлетом и посадкой (СВВП/СКВП) Grumman 698. По мнению экспертов проект Grumman 698 может внести революционные изменения в тактические концепции военно-морского флота США. Что нового имеется в этом самолете, который способен вертикально взлетать и садиться? В первую очередь это концепция размещения силовой установки, а во вторую очередь – его планируемое использование в составе ВМФ США. Мы начнем рассказ с возможной концепции использования Grumman 698.

Среди морских носителей вооружения авианосец является самым значимым. Его мобильность связана с высокой боевой мощью, что и подчеркивает его стратегическое значение. В данный момент ВМФ США располагают четырнадцатью авианосцами, на каждом из которых как правило базируется одно авиакрыло (Air Wing). В зависимости от величины авианосца и его предназначения количество самолетов в составе авиакрыла составляет от 70 до 85 единиц. В основном авиакрыло состоит из самолетов с обычным взлетом и посадкой, требующими сравнительно больших поверхностей для взлета и посадки и большого по объему технического обслуживания. Поэтому обычные авианосцы имеют очень большие размеры и их экипаж состоит из нескольких тысяч человек. Из-за высокой стоимости эксплуатации авианосцы могут использоваться в небольшом количестве.

Количество потенциальных конфликтов и острых кризисных ситуаций, которые могут привести к войнам, в последние годы заметно возросло. По мнению американских экспертов постоянное военное присутствие ВМФ США в этих опасных регионах с имеющимися в его составе авианосцами является недостаточным.

В датированном ноябрем 1979 года заключительном докладе специальной группы научного комитета министерства обороны (Defense Science Board Task Force), который компания Grumman взяла за основу своей разработки, говорилось, что гораздо более эффективными будут авианосцы меньших размеров. Авианосцы данного типа можно будет строить в больших количествах, и они могут присутствовать везде, где в них возникнет необходимость. Но в то же время эти меньшие по размерам боевые единицы могли бы только тогда стать реальностью, когда были бы выполнены требования, необходимые для базирования соединений авиации:

• • самолеты должны иметь возможность действовать с экстремально ограниченных по размерам взлетно-посадочных полос (ВПП), и при этом сами самолеты должны иметь малые размеры;
• • если обслуживающий технический и логистический персонал будут при этом меньшим, то машины должны быть надежными, не требовать большого объема технического обслуживания и при этом еще и быть независимыми от оборудования корабля-носителя;
• • авиационная система должна повысить эффективность средств нападения авианосца и его защиту.

В компании Grumman решили следующим образом добиться выполнения данных требований в проекте 698 V/STOL:

• • установка системы раннего предупреждения (AEW – Airborne Early Warning);
• • установка системы обнаружения и уничтожения подводных лодок (ASW – Anti Submarine Warfare).
• • установка системы запуска управляемых ракет (Missileer roles).

Взлетный вес Grumman 698 должен быть значительно ниже, чем у сопоставимых с ним самолетов. В итоге легкий боевой самолет должен иметь те же возможности, что и более тяжелые машины. Эта философия базировалась не в последнюю очередь на знании, что расходы на разработку концепции и на опытно-конструкторские работы современного образца вооружения приблизи­тельно пропорциональны его взлетному весу.

Техническое обоснование

Компания Grumman работала над проектом 698 с 1976 года. На исследования в аэродинамической трубе было потрачено в общей сложности более 5000 часов. Испытания велись и на симуляторах, что в итоге позволило по завершении работ определить параметры самолета, создаваемого в рамках проекта 698. Модели с дистанционным управлением могли зависать в воздухе, летать как обычные самолеты и были опробованы в критических фазах полета. Следующими этапами программы стали разработка самого проекта и постройка пилотируемого опытного самолета.

Особенностью проекта является силовая установка с двумя поворотными двигателями. Гондолы двигателей будут входить в несущую конструкцию самолета, могут отклоняться от горизонтального положения на 90° и устанавливать моторы вертикально соплами вниз.

У сопел двигателей силовой установки располагаются подвижные поверхности. Эти подвижные поверхности позволят пилоту во время зависания самолета осуществлять управление им, так как обычные элементы системы управления не смогут работать из-за того, что самолет в этой фазе полета практически не перемещается относительно горизонтальной поверхности.

Силовая установка проекта Grumman 698 будет устанавливаться вертикально, и благодаря этому данный самолет сможет взлетать с небольших платформ. На высоте около 30 метров моторные гондолы будут поворачиваться относительно оси и самолет, набирая скорость, начнет перемещаться в горизонтальной плоскости. На поворот гондол из вертикального положения в горизонтальное потребуется 20 секунд.

Спустя две минуты после перевода гондол в горизонтальное положение самолет уже будет развивать скорость более 900 км/час. Создаваемый по данной программе проект Grumman 698 будет способен объединить в себе качества, совокупность которых ранее не имел ни один самолет ВМФ США:

• • вертикальный взлет с авианосца и посадку на него;
• • взлет с ВПП длиной менее 60 метров;
• • дальность полета более 2000 км и практический потолок более 15 000 метров.

На самолет планируется установить два двигателя General Electric TF 34-100, которые на штурмовике Fairchild A-10 в течение нескольких лет зарекомендовали себя с самой лучшей стороны. Эти двигатели являются очень экономичными и обладают высокой степенью двухконтурности. Полномасштабная модель самолета Grumman 698 прошла успешные испытания в аэродинамической трубе в исследовательском центре NASA.

Проблемой самолетов с вертикальным взлетом являлся эффект, вызванный близостью поверхности земли. Силовая установка должна не только развивать достаточно тяги, чтобы перевести самолет в горизонтальное положение, но и иметь запас тяги, необходимый для управления самолетом. Этот эффект снижения потока воздуха, получивший название «термомеханический эффект» («fountain effect»), был связан с тем, что в двигатели попадали горячие выхлопные газы и это снижало тягу силовой установки. В проекте компании Grumman данную проблему было решено избежать следующим образом:

1. двигатели силовой установки будут очень мощными и будут иметь низкий расход топлива;
2. температура выхлопных газов силовой установки будет относительно низкой;
3. регулировка работы двигателей силовой установки будет осуществляться при помощи компьютера, что позволит очень точно регулировать тягу.

Кроме того, Grumman 698 для управления не нуждается ни в каких струйных рулях. У обычных СВВП струйные рули системы управления служат для управления самолетом при переходе из одного режима полета в другой. При этом воздух, необходимый для работы этих рулей, поступает из потока воздуха, который подается компрессором для силовой установки, вследствие чего тяга снижается. У проекта Grumman 698 подобных потерь тяги силовой установки не будет, поскольку для управления и стабилизации самолета будут использоваться специальные рулевые поверхности, о которых уже упоминалось выше. Эффективность данных рулевых поверхностей была уже подтверждена. Во время обычного полета Grumman 698 будет управляться при помощи рулей высоты и направления, элеронов, а также при помощи интерцепторов.

Отличительной чертой проекта Grumman 698 является его простота. Так, при постройке демонстратора технологий может быть использована конструкция Mitsubishi MU-2M (См. график).

До сих пор программа финансировалась ВМФ США, NASA и компанией Grumman. Модель, использовавшаяся для испытаний в аэродинамической трубе, стоит около 6 миллионов долларов, а постройка первой машины для проведения летных испытаний будет стоить уже порядка 100 миллионов долларов. Это сравнительно мало, если учесть инфляцию в США в это время. Один полностью оснащенный самолет должен стоить порядка 10 миллионов долларов. Пока решается вопрос с финансированием следующего этапа испытаний, компания Grumman может в начале 1985 года подготовить для испытаний первый самолет, созданный по проекту 698.

В компании Grumman думали не только об использовании работ по проекту 698 в интересах военных. Проект 698 объединяет в себе преимущества обычного самолета с вертолетом, что позволит использовать подобные самолеты для снабжения нефтяных вышек, которые располагаются на побережье или далеко от баз, с которых осуществляется их снабжение. Такой самолет, рассчитанный на перевозку девяти пассажиров, будет стоить около 9 млн. долларов.

Боб Кресс (Bob Kress), директор Grumman по передовым разработкам (advanced concepts), считает очень важными преимущества проекта 698 в скорости и вертикальных взлете и посадке на простом примере: Grumman 698 сможет без промежуточных посадок из сердца Манхеттена (Manhattans) долететь до Чикаго за менее чем два часа и сократить время доставки пассажиров из центра одного города к центру другого города примерно вдвое.

Предложенная специальной группой научного комитета министерства обороны концепция: множество небольших авианесущих кораблей вместо малого количества больших авианосцев. В соответствии с ней основу ВМФ США должны составить эсминцы УРО водоизмещением в 10 000 тонн и с десятью самолетами типа Grumman 698 на борту

Полноразмерная модель Grumman 698 с двигателями GE TF 34-100 в большой аэродинамической трубе испытательного центра NASA Ames

Вторая программа, над которой работала компания Grumman, имела отношение к разработке боевого самолета, выполненного по схеме «утка» с крылом, имевшим отрицательную стреловидность. Отрицательная стреловидность дает ряд преимуществ, которые еще в 1943 году привели к созданию реактивного бомбардировщика Junkers Ju 287. Возникшие тогда проблемы сегодня можно решить – модель Grumman FSW (forward swept wing) в аэродинамической трубе

Особенности проекта СВВП/СКВП Grumman 698. Слева направо: поворотные гондолы двигателей; центр тяжести на вертикальной оси; рулевые поверхности у сопел двигателей

Конструкция самолета-демонстратора технологий. Слева сверху вниз: складывающиеся вверх консоли крыла; новая средняя часть фюзеляжа; носовая часть MU-2M, модифицированная под установку катапультируемого сиденья. Справа сверху вниз: новая хвостовая часть; крыло от Mu-2M с дополнительным изгибом; новые капоты двигателей силовой установки (устанавливавшиеся на A-10 двигатели TF34)

Экспериментальный самолет с поворотным крылом XC-142, в создании которого принимали участие компании Ling-Temco-Voughl (LTV), Ryan и Hiller, во время летных испытаний, 1964 год

ЛЕТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Тип: Grumman 698

Назначение: самолет с вертикальным/короткими взлетом и посадкой

Размеры:

размах крыла 12,35 м
размах крыла о сложенными консолями 4,88 м
длина 11,18 м

Летные характеристики:

максимальная скорость – около 920 км/ч
время набора высоты 9000 м – около 2,5 мин
дальность полета – около 2600 км
рабочая высота полета – около 15 000 м

источник: Jürgen De Graeve «GRUMMAN 698 Ein aussichtsreiches V/STOL Konzept» // Luftfahrt International 12/1981, c. 461–463