Взгляд из Великобритании 1980 года на планы создания европейских истребителей поколения 4+

Интересная винтажная статья из сентябрьского выпуска 1980 года журнала «Air International», которая, дума, заинтересует коллег.

Новый истребитель для Европы

Содержание:

В начале 1970-х годов в небе международных авиасалонов произвели фурор два самолета нового поколения. По своей концепции эти самолеты были настолько новыми, что ознаменовало новую эру в конструкции истребителей. В этих машинах был сделан большие упор на боевую маневренность нежели на достижение высокой скорости, а соотношение тяги к собственной массе было больше, чем до сих пор считалось необходимым. Кроме того, новые достижения, такие как электродистанционная система управления в сочетании с системой управления летательным аппаратом позволило создать самолет с неустойчивой компоновкой, что привело к улучшенному аэродинамическому качеству. Результатом объединения всех этих достижений стали прототипы General Dynamics YF-16 и Northrop YF-17. Подобно истребителям F-4 и F-104, которые представляли собой концентрат технологий 1950-х годов, эти самолеты отражали двадцать лет развития и были не чем иным, как качественным скачком в характеристиках и возможностях.

По сравнению со своими предшественниками эти новые самолеты имеют следующие улучшения характеристик, которые были бы замечены пилотом или его противником:

• • • скорость установившегося разворота увеличена более чем на 50%;
    • увеличение избыточной удельной мощности более чем в два раза;
    • время разгона уменьшено в два раза;
    • предельный угол атаки увеличился на 50%;
    • предел конструкционной прочности увеличился выше нормального предела выносливости человеческого организма.

Прототипы YF-16 и YF-17 превратились в серийные машины F-16A и F-18A Hornet, и эти истребители должны добиться еще большего успеха, чем их предшественники. Самолеты обоих типов в больших количествах заказаны военно-воздушными силами США, авиацией ВМС США и КМП США. Помимо этого, истребители F-16 получили несколько очень крупных экспортных заказов, в частности, из небольших европейских стран в рамках «Сделки Века». Таким образом, преимущества истребителей новой концепции не вызывают сомнений, а военный и коммерческий успех этих машин, как представляется, будет гарантирован.

В то время как многие страны уже определились с планами перевооружения своих военно-воздушных сил, более крупные страны Европы еще не взяли на себя обязательства по созданию нового истребителя. Их требования предусматривают более позднюю дату ввода в эксплуатацию, чем у истребителей F-18 или F-16, и таким образом возникала возможность разработать и создать новый, более совершенный истребитель. Как уже было сказано, что если новый самолет не обеспечивает 15-20-процентного улучшения характеристик по сравнению с характеристиками находящихся в эксплуатации машин, то не стоит тратиться на его разработку. Возможно, достижение такого превосходства над F-18 является трудной задачей, но создатели нового европейского истребителя будут в десятилетии новых технологий и в извлечении уроков из американского опыта. Производители военных самолетов Великобритании, Германии и Франции имеют огромный опыт и, если они объединятся, могут сформировать команду, равную любой американской компании и способную создать самолет, превосходящий любой уже имеющийся истребитель.

Требования

Британские требования изложены в Директиве штаба Королевских ВВС (Air Staff Target) AST 403. В своем первом варианте Директива AST 403 требовала создания самолета, который должен был заменить ударные самолеты Jaguar и истребители-штурмовики Harrier. Директива AST 403 делала акцент на выполнение ударных задач, но также требовала способности обеспечить превосходство в воздухе над полем боя. В роли ударной машины от самолета требовались способность оказывать непосредственную авиационную поддержку и выполнять задачи по изоляции поля боя и по наблюдению за полем боя. Однако уже на ранней стадии работ по Директиве AST 403 был сделан вывод, что потребность в замене истребителей-штурмовиков Harrier трудно совместить с другими пунктами Директивы и что данное требование будет наилучшим образом удовлетворено за счет дальнейшего развития «харриеров». Таким образом, последняя потребность была выделена в отдельную Директиву AST 409. По планам самолет, создаваемый по Директиве AST 403, должен быть введен в эксплуатацию к 1990-91 годах.

Французская спецификация ACT 92 также требует замены «ягуара» и имеет очевидное сходство с Директивой АСТ 403, но с датой ввода в эксплуатацию в 1992 году. Немецкие требования к самолету, предназначенному для замены F-4F, были изложены в Исследовании-90 (Study 90), выполненном оперативной группой штаба ВВС Германии. согласно Study 90 основной задачей создаваемого истребителя было обеспечение противовоздушной обороны, нанесение ударов по наземным целям было второстепенной задачей.

В роли истребителя самолет будет выполнять следующие задачи:

• • • • завоевание превосходства в воздухе;
    • • всепогодная противовоздушная оборона;
    • • противовоздушная оборона заданного района;
    • • ведение воздушного боя с использованием дальнобойных средств поражения;
    • • сопровождение ударных самолетов;
    • • перехват крылатых ракет и дистанционно управляемых летательных аппаратов.

Будущее европейского истребителя заключается в успешном сочетании требований в общей конструкции, что на первый взгляд может показаться труднодостижимым. Как правило борьба за превосходство в воздухе и нанесение ударов по наземным целям несовместимы. В своей основе борьба за превосходство в воздухе требует высокой маневренности, которая обычно означает низкую удельную нагрузку на крыло и низкую погонную нагрузку (нагрузку на размах крыла), в то время как выполнение ударных задач требует высокой удельной нагрузки на крыло и высокой погонной нагрузки, обеспечивавших пилоту достаточный уровень комфорта во время полета на малых высотах с большими скоростями. Поэтому весьма примечательно, что детали опубликованных конструкций показывают так много сходства, и чтобы понять, почему это возможно, необходимо взглянуть на некоторые проектные предложения.

Проекты

Самым разрекламированным проектом, разработанным в рамках программы тактического боевого самолета 1990-х годов (Taktisches Kampfflugzeug 90; TKF-90), стал TKF-90 концерн Messerschmitt-Bölkow-Blohm (MBB). Свою известность данный проект получил благодаря полномасштабному макету, который в этом году был продемонстрирован на авиасалоне в Ганновере. MBB TKF-90 является одноместным самолетом аэродинамической схемы «утка» с треугольным крылом очень большой площади, что к низкой удельной нагрузке. Ближе к законцовкам крыла стреловидность передней кромки была уменьшена с целью обеспечения законцовкам длину хорды, достаточную для установки пилонов с ракетами «воздух-воздух». У корневых частей консоли крыла имеют большой отрицательный изгиб аэродинамического профиля, который снижает сопротивление при высоких углах атаки и незначительно увеличивает сопротивление на малых углах атаки. Переднее горизонтальное оперение (ПГО) аэродинамической схемы «утка» имеет довольно необычное расположение: перед кабиной пилота и почти в плоскости крыла. ПГО самолета имеет отрицательный угол поперечного V с целью уменьшить его попадание в поле зрения пилота. Отрицательный угол поперечного V равно как двухкилевое вертикальное оперение в определенной степени допускают возможность действовать в режимы непосредственного управления усилиями. Кабина расположена высоко на фюзеляже с целью обеспечить пилоту наилучший круговой обзор. Воздух на два двигателя подается через двумерный подфюзеляжный воздухозаборник. Это сверхзвуковой клиновой воздухозаборник с регулируемой нижней кромкой, которая может быть отрегулирована для различных условий полета. В концерне MBB считают, что подфюзеляжный воздухозаборник является наилучшей компоновкой для хорошего восстановления давления на впуске при больших углах атаки и скольжения на крыло.

предварительный чертеж общего вида с конфигурацией проекта истребителя MBB TKF-90

Хотя на макете этого не видно, концерн MBB проявляет интерес к средствам обеспечения управляемого полета на закритических углах атаки. Тяговооружённость, значительно превышающая единицу, является обычным в проектах новых истребителей, так что самолет, по сути, может сесть на хвост с нулевой скоростью полета. При замедлении в полёте с использованием аэродинамической подъёмной силы крыла угол атаки увеличивается: любое крыло с малым удлинением, и треугольное крыло в частности, не вызывает обычного резкого срыва потока и продолжает развивать вихревую подъемную силу до достижения больших величин угла атаки. Если увеличить тягу двигателей для разгрузки крыла, то можно предусмотреть полет на переходной фазе, когда поддержание самолета в воздухе приходится как на тягу силовой установки, так и на подъемную силу крыла с управлением посредством поворотных сопел. В концерне MBB предусматривают возможность полета при углах атаки до 70°, и компоновка TKF-90 превосходно подходит для такого использования. превосходно подходит для такого использования. Этот самолет находится в классе 14 тонн и, вероятно, будет использовать двигатели RB.199. Радар будет оптимизирован для выполнения функций ПВО и, вероятно, будет больше похож на радар перехватчика Tornado ADV нежели на его более легкие варианты.

полномасштабный макет проекта истребителя TKF-90, разработанного немецким концерном MBB. Данный макет был представлен в 1980 году на авиасалоне в Ганновере

Проект Dornier TKF-90 имеет гораздо более обычную компоновку и отражает связь этой компании с концерном Northrop. По компоновке Dornier TKF-90 очень похож на F-18 за исключением того, что его несущие поверхности имеют большую стреловидность. Это была целенаправленная политика руководства компании Dornier – придерживаться традиционной схемы с низким уровнем риска в рамках современного уровня развития техники. Было высказано мнение, что для создания эффективного самолета не требуется значительного технологического скачка и что лучше было бы потратить усилия на повышение экономической эффективности за счет контроля массы и размеров, что привело бы к увеличению парка самолетов. С этой целью самолет компании Dornier меньше и легче, чем проект TKF-90 концерна MBB, находясь в классе 10 тонн (аналогично F-16). Одним из недостатков данной концепции является то, что все имеющиеся двигатели слишком велики и что необходимо рассмотреть возможность разработки нового двигателя. Компания MTU (MTU Friedrichshafen GmbH) предложила создать двигатель на основе технологий RB.199, который будет иметь требуемую размерность, но это будет дорогостоящей разработкой.

Для немецких разработок маневренность имеет основополагающее значение и дает представление о требованиях Study 90. В компании Dornier стремятся к достижению устойчивой скорости разворота вдвое большей чем у F-4F и значительно лучшей, чем у F-16. Согласно расчетам Dornier TKF-90 значительно превосходит F-18L, который является облегченным вариантом F-18A. Максимальная скорость на уровне моря должна была составлять М =1,2, при достижении на большой высоте скорости М=2,0; длины разбега и пробега не должны превышать 1500 футов (450 м). Типичная боевая нагрузка истребителя Dornier TKF-90 для выполнения им ударных операций должна состоять из высокоточного оружия и иметь массу не более 6600 фунтов (3000 кг), а встроенное вооружение представлено разработанной для «торнадо» 27-мм пушкой Mauser. Что касается характеристик при выполнении боевой задачи, то в компании Dornier считают, что можно обеспечить перехват цели с внутренним запасом топлива, достаточным для пребывания TKF-90 в зоне ожидания вызова в течение часа.

Компания Avions Marcel Dassault-Breguet Aviation (AMD-BA) с 1950-х годов выпустила серию первоклассных истребителей и была главным героем в создании самолетов с треугольным в плане крылом. Было неожиданно, что вскоре после появления Mirage 2000 и созданного на собственные средства более тяжелого Super Mirage 4000 в Ганновере на стенде французского концерна AMD-BA были представлены модели истребителя аэродинамической схемы «утка». Приверженность AMD-BA треугольному крылу удивления не вызвала, хотя на этот раз крыло имело переменную стреловидность передней кромки. Предлагаются два варианта одной и той же базовой конфигурации. Первый вариант имеет низкорасположенное крыло и однокилевое оперение, напоминающее оперение тяжелого истребителя Mirage 4000, тогда как второй вариант имеет высокорасположенное крыло с двумя килями, которые установлены на выступающих из крыла хвостовых балках. Каждый вариант был одноместным двухдвигательным самолетом с боковыми воздухозаборниками, расположенными под цельноповоротным ПГО, что обеспечивало некоторую степень выравнивания потока на больших углах атаки. Воздухозаборники отличаются от использовавшихся на большинстве боевых самолетов компании Dassault полукруглых воздухозаборников с управляемым центральным телом и демонстрируют тенденцию к отходу от воздухозаборников, оптимизированных для высоких сверхзвуковых скоростей.

компоновочный чертеж варианта проекта истребителя, разработанного концерном AMD-BA в ответ на спецификацию ACT 92, требовавшую создания высокоманевренного истребителя, который поступит на вооружение в 1990-е годы. Вариант отличается низкорасположенным крылом и однокилевым вертикальным оперением

компоновочный чертеж варианта проекта истребителя, разработанного концерном AMD-BA в ответ на спецификацию ACT 92. Вариант отличается высокорасположенным крылом и двухкилевым вертикальным оперением на выходящих из крыла хвостовых балках

Модифицированное треугольное крыло позволит нести ракеты на своих законцовках и сводит к минимуму концевой срыв потока, позволяя действовать на больших углах атаки с большей маневренностью. Крыло получит систему щелей в передней кромке и ожидается, что нагрузка на крыло составит около 70 фунтов на кв. фут (340 кг/м²). Хотя проект компании AMD-BA напоминает Super Mirage 4000 по размерам он ближе к Mirage 2000. Два разных варианта проекта демонстрируют достаточную гибкость компоновки. Два киля, установленные на концах хвостовых балок, обеспечивают бóльшую курсовую устойчивость на больших углах атаки и позволяют устранить любую возможность отрыва потока и высокого сопротивления, являющихся следствием установленного между моторами одиночного киля. Помимо этого, хвостовые балки обеспечивают хорошее место для размещения аппаратуры РЭП. Однако они также могут создавать серьезные проблемы с аэроупругостью и поэтому могут быть тяжелыми. Выбор между верхним и нижним расположением крыла обычно определяется такими требованиями, как выбор места для размещения ниш стоек шасси и подфюзеляжных узлов подвески, преемственностью развития конструкции и клиренс подкрыльевых узлов подвески.

рисунок варианта проекта истребителя (с низкорасположенным крылом и однокилевым вертикальным оперением), разработанного концерном AMD-BA в ответ на спецификацию ACT 92

компоновочный чертеж варианта проекта истребителя, разработанного концерном AMD-BA в ответ на спецификацию ACT 92. Вариант отличается высокорасположенным крылом и двухкилевым вертикальным оперением на выходящих из крыла хвостовых балках

Концерн British Aerospace (BAe) не проявлял должного интереса к AST 403, но опубликовал фотографию модели типичного самолета, соответствующего требованиям этой директивы. Данный проект имеет много общего с французскими проектами с их ПГО и переменной стреловидностью передней кромки треугольного крыла. В модели BAe двигатели расположены на бóльшем расстоянии друг от друга, чтобы обеспечить лучшую живучесть в случае повреждения одного авиамотора в бою (меньшая вероятность повреждения второго двигателя осколками). Это также позволяет сделать аэродинамически более чистым соединение крыла и киля, что в свою очередь уменьшает шансы возникновения срыва потока. Воздухозаборники установлены под крылом и наплывами с сильной стреловидностью, что на больших углах атаки позволяло выровнять поток. ПГО большой площади расположено ниже и позади пилота для того, чтобы не создавать проблемы с обзорностью. Вероятно, справедливо будет сказать, что данная конфигурация, равно как конфигурация проекта концерна AMD-BA, представляет собой не более чем типичную компоновку, но это иллюстрирует колоссальную степень общности взглядов, которая существует между командами разработчиков трех стран.

схема одного из последних вариантов проекта истребителя концерна BAe, разрабатываемого в ответ на требования Директивы штаба Королевских ВВС AST 403

в Уортоне (Warton) инженеры концерна BAe проводят исследования по разработке перспективного истребителя в ответ на требования Директивы штаба Королевских ВВС AST 403. На снимке показана модель одного из последних вариантов проекта

Силовые установки

Очевидным выбором силовой установки как для Великобритании, так и для Германии должен стать RB.199. Данный двигатель был спроектирован и разработан для многоцелевого самолета Tornado и находится в производстве. Это небольшой, легкий и мощный двигатель, который имеет оптимизированный для «торнадо» цикл что приводит к относительно высокому коэффициенту двухконтурности и относительно низкой бесфорсажной тяге. Однако на бесфорсажном режиме он очень экономичен. Как таковой, он, вероятно, не является идеальным для истребителя, но в компании Rolls-Royce утверждают, что поскольку двигатель имеет модульную конструкцию, то он может быть легко адаптирован для лучшего удовлетворения для других целей. Предусмотрено два этапа разработки: RB.199 Mk 101 Improved с «истребительным форсажем» и RB.199-62R, который имеет модифицированный компрессор и усовершенствованный форсаж; данный двигатель, по-видимому, хорошо подходит для большинства европейских требований.

В настоящее время во Франции разрабатывают турбовентиляторный двигатель с форсажной камерой SNECMA M88, находится в классе тяги 7,5-8,5 тонн (16500-18700 фунтов) и аналогичен уже разработанному RB.199 по характеристикам, размерам и массе, но имеет более простую двухвальную конструкцию и более оптимизированный для истребителя цикл. Заявление о том, что M88 основан на технологии 1980-х годов, на самом деле показывает превращение невзгоды в добродетель, поскольку компания SNECMA очень поздно вышла на рынок военных реактивных двигателей. недавний двигатель M53 можно сравнить с двигателем Spey, в то время как Atar, который все еще производится, больше похож на Avon. Сравнение M88 с Atar 9K-50 показывает значительное совершенствование технологий; масса двигателя M88 составляет всего 57 процентов массы «атара» при увеличении тяги на 18 процентов. Несмотря на все это, M88 является совершенно новым двигателем, и до постановки на вооружение необходимы, по крайней мере, семь лет и миллионы франков.

Третьим двигателем, который может быть рассмотрен для использования в качестве силовой установки европейского истребителя, является General Electric F404 с тягой 7,3 тонны (16000 фунтов). Данный двигатель, также как и RB.199, находится в производстве и устанавливается на палубных истребителях F/A-18. По своей концепции (двухконтурность и «истребительный» цикл) он похож на M88. Двигатель General Electric F404 имеет большую бесфорсажную тягу чем RB.199, но он не так хорош на других режимах и менее экономичен на крейсерских режимах из-за более низкой степени двухконтурности.

Необходимые компромиссы

После краткого описания конструкций и двигателей, интересно попытаться найти точки соприкосновения и сделать предположение о типичном компромиссном самолете, который мог бы соответствовать большинству европейских требований, – Европейском Боевом Самолете (European Combat Aircraft – ECA).

Почти с всеобщего согласия компоновка будет представлять собой аэродинамическую схему «утка» с треугольным крылом с переменной стреловидность передней кромки. Причина этого выбора проста и хорошо известна во всех трех странах. Наилучшие характеристики разворота обеспечиваются низкой удельной нагрузкой на размах крыла и потому его размах должен быть большим. Для данного размаха сверхзвуковое сопротивление крыла в значительной степени постоянно: крыло малой площади с низкой стреловидностью и достаточно высокой относительной толщиной профиля будет иметь такое же сопротивление, как и крыло того же размаха с большей площадью, нос большей стреловидностью и меньшей относительной толщиной. Аргументы в пользу большой площади крыла заключаются в том, что в результате низкая нагрузка на крыло обеспечивает хорошие взлётно-посадочные характеристики, а также высокую маневренность на малых скоростях (область, которая, как считается, становится все более важной). Для достижения хорошей устойчивости на больших углах атаки стреловидность передней кромки должна быть не менее 55 градусов.

Все это указывает на очевидный выбор формы крыла в плане – треугольное крыло. Обычно треугольные крылья не могут нести ракеты на своих законцовках и поэтому для достижения этой желаемой возможности у законцовок длина хорды должна быть увеличена. Это приводит к переменной стреловидности передней кромки и, следовательно, к уменьшению скорости наступления концевого срыва потока. На дозвуковых скоростях самолет будет статически неустойчивым и будет управляться с помощью электродистанционной системой управления, а на сверхзвуковых скоростях будут использованы активные элементы управления, результатом чего будет улучшение аэродинамического качества самолета. Для удовлетворительного управления самолетом необходимо горизонтальное оперение и разработчиками была выбрана аэродинамическая схема «утка», поскольку с треугольным крылом остается мало места для чего-либо иного. ПГО увеличивает подъемную силу и на больших углах атаки вызывает полезное взаимное влияние вследствие чего подъемная сила возрастает. ПГО в сочетании с электродистанционной системой управления также может иметь преимущество, заключающееся в обеспечении компенсации возмущений потока. Это позволит компенсировать один из традиционных недостатков самолетов с низкой удельной нагрузкой на крыло и даст возможность использовать одну и ту же компоновку для истребителей и ударных самолетов.

Если требуется маневрирование на закритических углах атаки, то воздухозаборники должны нормально функционировать на больших углах атаки и разумных углах рыскания и передний подфюзеляжный воздухозаборник – лучшее место для его размещения. Его главный недостаток заключается в надежности, поскольку его можно представить в виде мощного пылесоса, а также необходимость размещения кабины пилота и отсеков с оборудованием на достаточно большой высоте над землей. Кроме того, он может ограничивать грузоподъемность подфюзеляжных узлов подвески и снижать путевую устойчивость. Традиционные боковые воздухозаборники ведут себя не так хорошо на больших углах атаки и рыскания, но их экранирование по образцу проектов компании AMD-BA может исправить этот недостаток. Экранирование воздухозаборника размещенным выше крылом в стиле проекта концерна BAe будет иметь тот же эффект, но, вероятно, потребует больших слотов для отвода пограничного слоя, которые могут иметь высокое сопротивление, как это было на F-18. Компоновка проекта концерна AMD-BA не столкнется с такой проблемой: его воздухозаборники расположены ближе к носу и, следовательно, имеют меньший пограничный слой для отвода. Поэтому, возможно, это лучшее решение, если не требуются хорошие на больших углах рыскания.

Выбор силовой установки, вероятно, будет зависеть от конкретной страны. Трудно представить, что Великобритания и Германия не будут использовать двигатель, который уже разработан, запущен в производство и успешно осваивается в эксплуатации. Точно так же крайне маловероятно, что Франция, после того, как взяла на себя обязательство по дорогостоящей программе исследований и разработки двигателя M88 будет рассматривать какие-либо другие двигатели. RB.199 предназначается для Великобритании и Германии, а M88 – для Франции, но эти два двигателя имеют одинаковые размеры и поэтому оснащение будущего истребителя любым из них вполне возможна. Хотя на моделях это четко не показано, но отклоняющиеся сопла могут обеспечить значительный рост летно-тактических и взлетно-посадочных характеристик.

ECA – будущее

В данной статье было показано, что проект, подходящий для программы ECA, может соответствующий требованиям Великобритании, Германии и Франции, и этот стал предметом встреч между представителями концернов BAe, MBB и AMD-BA. Технико-экономическое обоснование, подготовленное тремя компаниями, привело к такому уровню согласия, что будущее программы ECA выглядит предрешенным. Однако это соглашение заключено только на уровне компаний, причем именно компании прокладывают путь к международному сотрудничеству, хотя и с молчаливого согласия соответствующих министерств своих стран. Эти работы в основном финансируются из частных источников; например, концерну MBB было сказано, что работы по ECA он должен финансировать самостоятельно. Это отражает усилия правительства Германии по сдерживанию расходов на оборону и указывает на отсутствие твердой приверженности немецкому или европейскому проекту. Не исключается приобретение иностранных самолетов. Аналогичным образом, в Великобритании среди лиц, контролирующих финансы, вероятно, сохранится некоторый энтузиазм отношении покупки готовых самолетов McDonnell Douglas F-18, а во Франции – в отношении приобретения Dassault-Breguet Super Mirage 4000, который уже летает в варианте прототипа с минимальным составом оборудования и который рассматривается в качестве запасного варианта.

Очевидно, что на авиастроительной промышленности и на промышленность по производству авиационных двигателей Великобритании, Германии и Франции лежит ответственность за поддержание как можно более низких затрат и за создание ECA, который по своим характеристикам превзошел бы любого своего конкурента. Первые признаки указывают на то, что ECA может стать мировым лидером и гарантировать, что Европа останется на переднем крае военных технологий вплоть до следующего столетия. Этот самолет ни Европа, ни ее военно-воздушные силы и промышленность не могут позволить себе потерять.

источник: «A new fighter for Europe» «Air international» Volume 19, Issue 3, 1980, pages 126, 127, 129, 130, 143