Самолет мечты. Опытный многоцелевой истребитель Mirage 4000. Франция Часть 1
Хочу выразить большую благодарность уважаемому коллеге redstar72 за большую помощь в редактировании данной статьи.
Почему 4000? Потому что два раза по 2000…
Многоцелевой истребитель Mirage 4000 представлял собой двухмоторный вариант истребителя Mirage 2000. На этот самолёт делал ставку Марсель Дассо, желавший предложить потенциальным клиентам полный спектр отличных боевых самолётов.
Успех истребителей Mirage III и бомбардировщиков Mirage IV позволил компании Марселя Дассо занять одно из ведущих мест в области создания боевых самолётов. Однако необходимо было закрепить успех. С этой задачей должно было справиться конструкторское бюро компании Dassault, которая стремилась находиться на переднем крае научно-технического прогресса. Начало разработки многоцелевого истребителя Mirage 4000 должно было закрепить ранний успех компании. В те годы о преемнике машины нужно было думать уже тогда, когда самолёт только совершал свой первый полёт. И компания Dassault справлялась с этим: в среднем раз в два года она ставила на крыло по одному новому прототипу.
Многоцелевой истребитель Mirage F1 уже был запущен в серийное производство, и инженеры компании, естественно, опирались на преемство с его конструкцией. Как вспоминает нынешний заместитель генерального директора компании Dassault Aviation, а в те годы блестящий молодой инженер Брюно Ревеллен-Фалько (Bruno Revellin Falcoz):
«В начале 1970-х годов многие из нашей команды работали над преемником Mirage III и Mirage F1. На наших ватманах были одномоторные и двухмоторные самолёты. Следует помнить, что в то время у нас летали самолёты с изменяемой геометрией крыла: одномоторный Mirage G и двухмоторный Mirage G8. Мы участвовали в начатой французским министерством обороны программе ACF (Avion de combat futur) – двухмоторного самолёта с неподвижным крылом.
В тот момент мы воспользовались результатами лётных испытаний самолётов с изменяемой геометрией крыла для определения оптимальной стреловидности крыла для требуемого французскими ВВС компромисса. Мы работали над первым прототипом ACF или G8A, и параллельно наша команда разрабатывала проекты одномоторного и двухмоторного боевых самолётов с треугольным крылом. Мы хотели иметь, как это принято в компании Dassault, ориентиры».
Двухмаховые самолёты, пригодные и для малых скоростей
«Мы рассмотрели множество компоновок. Поскольку в то время оперативные требования были не очень точными, то мы в зависимости от возможных целей исследовали множество возможных вариантов самолётов. Мы сами изобретали задачи для различных вариантов, некоторые из которых были испытаны в аэродинамической трубе. Мы рассчитывали конструкции, желая убедиться, что они могут выдержать нагрузки. Мы вообще создали «чистый продукт», который в целях проверки был «полностью оборудован» двигателями, шасси, топливом, кабиной пилота и бортовой аппаратурой. Конструкторское бюро постоянно работало с проектами, имевшими более или менее крупные различия в аэродинамической схеме. В то время руководящим принципом было достижение скорости в два маха, но в то же время мы активно работали над достижением значительных улучшений на низких скоростях. Это требовалось для достижения коротких взлётов и посадок, значительного улучшения маневренности в бою – другими словами, манёвренные качества на больших углах атаки. В основе наших проектов были двигатели M53, уже летавшие на истребителе Mirage F1E.
Все эти работы проводились параллельно командой из нескольких инженеров, которые представили три варианта размещения оборудования с центровками и первыми страницами аэродинамических расчётов с диапазонами характеристик. На каждый самолёт у нас были целые «простыни» формул. «Простыня» была большим листом, который размещался на всём кульмане и содержал столбцы с характеристиками вариантов: массами, объёмами топлива, маневренностями и летными характеристиками. Наши размещённые на листах проекты представляли полный набор всех вариантов прототипа самолёта. В тот момент в зависимости от поставленных задач мы выбирали, что делать дальше.
У нас в конструкторском бюро было определенное количество предварительных проектов и мы, скрипя извилинами, работали над вариантами самолёта, возвращаясь к треугольному крылу. Мы предполагали, что у нашего самолёта будет электрическая система управления полётом, с которой мы могли бы, сохраняя треугольное крыло, снизить до 150 (278 км/ч) и даже меньше узлов скорость захода на посадку, что стало бы большим достижением по сравнению со 190 узлами (352 км/ч) истребителя Mirage III».
Mirage 4000 был оснащён аналоговой ЭДСУ с четырьмя независимыми каналами с собственными источниками энергии и пятой цепью, используемой в качестве последнего резервного средства. Эти каналы управляли гидроцилиндрами, работавшими при давлении 280 бар; само давление обеспечивалось четырьмя насосами компании Messier.
Mimi становится одномоторным Mirage 2000
«В то время как для ВВС Франции разрабатывался двухмоторный боевой самолёт ACF, Марсель Дассо решил: «Для экспорта нам потребуется одномоторный самолёт». В связи с этим нами был спроектирован самолёт с одномоторной компоновкой. В наших папках есть проект Mirage 1000 (Mirage Mille) или, как мы сокращённо называем его, Mimi (сокр. от Mirage Mille, досл. «душечка»), … этот самолёт я очень хорошо знаю, поскольку я сам его чертил. Та же команда, что работала над проектом двухмоторного самолёта, был привлечена и к проекту Mimi», — вспоминает Ревеллен-Фалько.
Когда в декабре 1975 года было принято решение о закрытии программы ACF, Марсель Дассо предложил проект Mirage 1000, который вскоре стал именоваться Mirage 2000. Как объяснил Марсель Дассо, решение о переименовании было принято из маркетинговых соображений. Однако Дассо считал, что было бы неплохо иметь и двухмоторный самолёт для экспорта, в частности для замены двухмоторных «фантомов».
В начале 1976 году был подписан первый контракт на поставку истребителей Mirage 2000, после чего Дассо заявил:
«Я взял на себя ответственность, чтобы сделать самолёт для экспорта. Каков самый лучший компромисс между большой дальностью, скоростью M=2,0, высокой скороподъёмностью и минимальной скоростью, которая заметно улучшилась по сравнению с Mirage III и Mirage F1?»
Это был Mirage 4000.
Брюно Ревеллен-Фалько продолжает:
«Я был ответственным за Mirage F1, который был запущен в серийное производство, а я хотел заняться новой экспериментальной программой. Жан-Поль Эморе (Jean-Paul Emoré), работавший рядом со мной над прототипом Mirage G, хотел заняться серийным производством. В один прекрасный день мы пришли к техническому директору Жану Кабриеру и сказали ему, что мы хотели бы поменять наши самолёты.
Он сказал: «Я согласен», и таким образом я стал ответственным за Mirage 4000, а Жан-Поль Эморе за Mirage 2000.
Я был, что называется, «начальником самолёта» – человеком-оркестром, который курировал программу его разработки. Со мной в основном были три человека: один отвечал за конструкцию, второй за оборудование, а задачей третьего была более точная оценка масс. Мне повезло в том, что мне оказывали помощь очень опытные старейшие сотрудники компании.
В те годы у нас не было компьютера для черчения, и Mirage 4000 был рожден на традиционной чертежной доске. Компьютер, позволявший чертить самолёты, у нас появился в конце 1970-х – начале 1980-х годов: сразу же после создания 4000-го. Таким образом, этот самолёт стал последним самолётом компании Dassault, разработанным в классической манере. Однако мы использовали компьютер для расчётов по аэродинамике и сопротивлению материалов».
Подвижное ПГО для истребителя Mirage 4000
При выполнении расчётов планера на прочность – в частности расчётов деформаций – он был разделён на множество небольших частей – «конечных элементов». Каждый элемент был рассчитан отдельно. Этот новый метод позволил упростить очень сложные расчёты с гораздо более точными результатами.
«Mirage 4000 унаследовал многие конструктивные решения Mirage 2000, но в то же время имел собственные новинки. Первоначально Mirage 4000 был очень мощным, достаточно крупным самолётом с большой продолжительностью полёта и как следствие большой дальностью. Мы сделали выбор в пользу высокой скорости на больших высотах и при этом значительной дальности на малых. Двигатели имели небольшую степень повышения давления и хорошо подходили для высоких скоростей, но потребляли много топлива на малых высотах. Из-за этого Mirage 4000 был «летающей цистерной». Мы загрузили нашего «зверя» топливом вплоть до киля. И всё из-за важности дальности полёта».
Mirage 4000 мог нести во внутренних топливных баках свыше 9 тонн керосина (в том числе 675 литров в киле), что было в три раза больше, чем у Mirage 2000.
«Для того чтобы обеспечить хорошие характеристики маневренности, мы стали внедрять на самолёты переднее горизонтальное оперение. Мы пробовали ПГО разных типов; например, на малых скоростях на «милане» (Mirage Milan) были применены убирающиеся «усы». На Mirage 4000 мы решили использовать подвижное горизонтальное оперение (управляется посредством бортовой ЭВМ), чтобы сместить фокус (подъемной силы) и сделать самолёт более маневренным. В случае отказа переднее горизонтальное оперение должно было отключиться, после чего фокус смещался назад, и самолёту возвращалась устойчивость [1].
Переднее горизонтальное оперение и треугольное крыло создавали самолёту аэродинамику. ПГО не было оснащено рулями и было разработано для стабилизации потока над крылом в местах зарождения вихрей. С точки зрения аэродинамики оно было очень важным элементом. На 4000-м это нам позволило получить новую конфигурацию самолёта, обеспечивавшую очень высокую маневренность.
Mirage 4000 был также испытательным полигоном новых технологий, в частности, применения в конструкции композитных материалов. Киль был изготовлен из панелей из углеродного волокна».
Композитные материалы были использованы в конструкции руля направления (карбид бора), элевонов и переднего горизонтального оперения.
«Впервые мы испытали оптическое волокно внутри отсека с электронным оборудованием, чтобы увидеть, как оно будет вести себя в полёте и как оно будет обмениваться информацией. Таким образом, мы получили прототип, который служил прообразом серийного самолёта с большими возможностями и одновременно выступал в качестве очень важной экспериментальной машины по отработке новейших технологий (в аэродинамике, композитных материалах и т.д.)».
Бортовое радиоэлектронное оборудование включало в свой состав инерциальную платформу Sagem, ЭВМ системы обработки полётных данных Crouzet 80 (затем Crouzet 90) и индикатор на лобовом стекле VE 120 от штурмовика Super Etendard. Также ожидалась установка на прототип системы вооружения. Радиоэлектронной промышленностью были разработаны несколько проектов радаров с высокими характеристиками; проект радара Cyrano 500, который на большой высоте должен был обнаруживать цели на дальности 120 км.
Электродистанционная система управления полётом и неустойчивость
Брюно Ревеллен-Фалько продолжает:
«Электроприводы были результатом непрерывного процесса, начавшегося в шестидесятых годах и постепенно занимавшего всё более важное место. Мы начали применять электроприводы ещё на Mirage IV, но в относительно небольшом объёме: для демпфирования и стабилизации. Мы начинали с получения стабилизации для заданного пилотом положения путем управления отклонениями поверхностей на небольшие углы. Постепенно мы увеличили степень участия бортовой ЭВМ в управлении самолётом. Много позже мы использовали электрическую систему управления, чтобы сделать самолёт менее устойчивым и увеличить его маневренность. Очень устойчивому самолёту типа Mirage III или Mirage F1 для выполнения манёвра необходимо было значительно большее отклонение аэродинамических поверхностей».
Устойчивость вызывала инерцию при отклонении рулевых поверхностей и увеличивала усилия, необходимые для выполнения манёвра. Кроме того, движение каждой поверхности управления генерировало высокое сопротивление.
У устойчивого самолёта центр тяжести находится перед аэродинамическим фокусом.
«По мере того как аэродинамический фокус смещается к центру тяжести, самолёт становится менее стабильным и при их совпадении начинает отклоняться буквально от щелчка. Но когда самолёт становится нейтрально устойчивым, мы должны его искусственно стабилизировать, чтобы пилот мог управлять им. Сделать самолёт устойчивее должна была электрическая система управления, позволявшая получить очень маневренный самолёт. Поскольку маневренному самолёту потребуются меньшие отклонения рулевых поверхностей, то для его управления понадобятся сервоприводы меньшей мощности. Можно даже пойти дальше и получить полностью неустойчивый самолёт. Когда самолёт неустойчив, он стабилизируется искусственно. Данная стабилизация должна продолжать работать и обеспечивать самолёту устойчивость в случае выхода из строя первого, второго и третьего каналов. Многократное резервирование было необходимо для того, чтобы сделать вероятность «катастрофического несчастного случая» – термин, обычно используемый инженерами, – крайне низкой. Электрическая система управления внесла большой вклад в создание искусственной устойчивости.
Она также позволила добавить на самолёт множество различных и разнообразных грузов, которые в обычных условиях поставили бы под сомнение устойчивость самолёта. В случае искусственной стабилизации коррекцию положения выполняют электроприводы. Другой сильной стороной электроприводов является безопасность, так как электрическая система посредством заложенных в компьютер ограничений запрещает самолёту выходить из заданного диапазона режимов полёта. К моменту полного перехода на электрическую систему управления мы могли ограничить максимальное воздействие на самолёт, чтобы удержать его от выхода из заданного диапазона. Таким же образом мы ограничили коэффициент запаса прочности величиной 9g, которую может выдержать пилот. За заданные пределы выйти было невозможно вне зависимости от внешних условий. Компьютеры электрической системы управления оптимизировали полёт и являлись средством использования самолёта наилучшим образом».
Mirage 2000 стал первым самолётом в мире, оснащенным полностью управлявшей летательным аппаратом электрической системой.
Как было рассказано в предыдущей части монографии («Проект истребителя ACF Super Mirage. Франция») Марсель Дассо был намерен предложить ВВС два новых самолёта: одномоторный и двухмоторный. Каждый из этих самолётов помимо удовлетворения требований французских ВВС должен был обладать экспортным потенциалом. Компания Dassault финансировала создание двухмоторной машины из собственных средств. Конечно, подобная практика была авантюрой, но она уже использовалась при создании истребителей Mirage III и Mirage F1, принесших компании, как мы знаем, большой успех.
Конкурируя с F-15 и F-18
Перед новыми самолётами были открыты двери двух рынков: французского и экспортного. Французские ВВС запустили программу Mirage 2000 в двух вариантах: одноместного истребителя и двухместного самолёта для выполнения ударных задач с проникновением в глубокий тыл противника. Тем не менее, идея двухмоторного боевого самолёта неоднократно появлялась в заявках пилотов. Помимо этого Mirage 4000 мог стать преемником дальнего бомбардировщика Mirage IV. Для этого Mirage 4000 должен был получить встроенную в обтекатель под фюзеляжем крылатую ракету ASMP. Тем не менее, из-за бюджетных ограничений становилось всё труднее и труднее выделить средства для двухмоторного самолёта – каким бы хорошим он не был.
Тем не менее, для поддержки экспортных продаж была поднята идея создания экспериментальной эскадрильи. Ревеллен-Фалько возвращается к этой идее:
«Этот самолёт был хорош для экспорта, но для экспортного потенциала было необходимо, чтобы во Франции самолёт состоял на вооружении. Мы сделали прототип на наши «карманные деньги», но если мы хотели серию для экспорта, то нам нужно было построить ещё две машины. Эти машины стоили много денег, которые компании взять было неоткуда. Чтобы простимулировать экспорт, мы предложили государству профинансировать постройку двух прототипов».
Если бы государство решило оказать финансовую поддержку программе, то оно оплатило бы покупку двигателей, однако этого сделано не было и компании Dassault пришлось выкручиваться. Брюно Ревеллен-Фалько вспоминает:
«Мы договорились с компанией SNECMA и государством об использовании комплекта из двух двигателей M53 от истребителей Mirage 2000. Таким образом, темп летных испытаний 4000-го определялся наличием двигателей. Когда программе испытаний Mirage 2000 нужны были двигатели, то испытания Mirage 4000 прекращались».
Mirage 4000 вступил в прямую конкуренцию с американскими истребителями, особенно с F-15. Он претендовал на замену многоцелевых истребителей McDonnell-Douglas F-4 Phantom II, производство которых было завершено в 1978 году после постройки свыше пяти тысяч экземпляров (в том числе 18% на экспорт). В изданной в 1978 году автобиографии «Талисман» (Le Talisman) Марсель Дассо представил также и Mirage 4000:
«Mirage 4000 разрабатывается в соответствии с той же программой, что и Mirage 2000, но он является двухмоторным, несёт бóльшую нагрузку и обладает большей дальностью. Это конкурент американских самолётов F-15 и F-18, которые также являются двухдвигательными».
Потенциальные клиенты: Иран, Саудовская Аравия и Ирак
Ближний Восток был крупнейшим потенциальным рынком. С начала 1970-х годов различные государства региона осуществляли закупки крупных партий вооружения. Сперва в этой гонке лидирующую роль занял Иран, приобретя в июне 1974 года 40 истребителей-перехватчиков Grumman F-14 Tomcat. В январе 1975 года Ираном была закуплена дополнительная партия из сорока машин. Саудовская Аравия, которая стремилась заменить устаревшие BAC Lightning, в августе 1981 года по программе «Мирное солнце» (Peace Sun) приобрела 46 F-15C и 16 F-15D [по другим данным (http://www.joebaugher.com/usaf_fighters/f15_14.html) был приобретены 47 F-15C и 15 F-15D]. Однако, чтобы не пугать израильтян, эти продажи сопровождались рядом условий и ограничений.
Так, на территории Саудовской Аравии могли находиться одновременно не более 60 истребителей F-15, и несколько самолётов находилось на территории США. Из-за этих ограничений власти Саудовской Аравии решили приобрести самолёты в других – менее требовательных, чем Соединённые Штаты – Странах.
Ещё одним потенциальным клиентом был Ирак. Эта страна, имевшая на тот момент в основном советское вооружение, стремилась диверсифицировать свои источники поставок. Францией были поставлены вертолеты Gazelle, истребители Mirage F1 и ракеты Roland. Многоцелевые истребители Mirage 4000 могли стать идеальными соперниками иранским F-14.
По всем этим причинам Марсель Дассо и решил начать программу Mirage 4000. Прототип должен был продемонстрировать характеристики самолёта. В сентябре 1976 года, когда для французских ВВС было заказано серийное производство истребителей Mirage 2000, компания Dassault начала изготовление прототипа Mirage 4000.
Самолёт был собран в экспериментальном цеху в Сен-Клу. Конструктивные узлы изготавливались на различных заводах компании Dassault-Breguet: в Сен-Клу построили фюзеляж, в Булони – крыло, в Биаррице – киль и другие узлы из композитов (элевоны и ПГО), в Аржантее и Секлене были изготовлены шпангоуты и стрингеры, а в Аргоне (Argonay) – систему управления полётом. Участие в программе также приняли несколько субподрядчиков: Messier-Hispano-Bugatti разработала и изготовила шасси, а Auxilec – электрические генераторы.
Официальная презентация в сентябре 1978 года
Новый истребитель был официально представлен в сентябре 1978 года в Сен-Клу. Ревеллен-Фалько вспоминает:
«У нас было небольшое беспокойство: у нас были проблемы с нашим пилотом! Осенью (перед первым полётом) Жан-Мари Саже в Египте попал в аварию на Alpha Jet, у которого отказали оба двигателя. В то время двигателям Larzac не нравился продолжительный полёт на спине. Когда самолёт слишком долго находился в этом положении, то масло не поступало в подшипники, и они блокировали оба двигателя! Именно это произошло с Жаном-Мари и сопровождавшим его египетским лётчиком. Абсолютным желанием Жана-Мари было спасти самолёт. Он попросил египтянина катапультироваться и направил Alpha Jet в не очень дружелюбные внешние условия. В результате Саже отправили на санитарном самолёте в Бурже, а оттуда в больницу имени маршала Фоша (hôpital Foch). Чтобы быстрее поднять его на ноги, я сделал модель Mirage 4000. С этой моделью я вошёл в его палату и сказал:
«Вот! Это цель!»»
полномасштабный макет Super Mirage 4000
постройка Super Mirage 4000 в экспериментальном цеху компании Dassault, Сен-Клу, 1978 год
новый двухмоторный самолёт был сфотографирован после сборки и перед его первыми полётами
заместитель генерального директора компании Dassault Aviation Брюно Ревеллен-Фалько
ПРИЛОЖЕНИЕ
Изменение устойчивости в двух схемах
(1) центр тяжести и вес
(2) точка приложения подъёмной силы крыла
(3) точка приложения отрицательной подъёмной силы горизонтального оперения
Схема А: упрощённая общая схема распределения сил устойчивого самолёта. Точки приложения положительной подъёмной силы, создаваемой крылом, и отрицательной, создаваемой горизонтальным оперением, находятся позади центра тяжести. Моменты этих сил уравновешивают друг друга.
Схема B: упрощённая общая схема распределения сил неустойчивого самолёта. Даже если оперение является нейтральным или несущим, баланс сил будет неустойчивым. Он будет нарушаться малейшим отклонением рулевых поверхностей. Чем дальше (1) находится перед (2), тем больше неустойчивость самолёта.
- при перемещении аэродинамического фокуса (точки приложения приращения подъёмной силы при изменении угла атаки) вперёд центровка самолёта смещается назад. Самолёт становится неустойчивым и более маневренным
источник: Alexis Rocher. Les «Super Mirage», de l'ACF au 4000. Histoire d'un rêve // Le Fana de l'Aviation 8/2004, c. 68 – 76
