Замена для незаменимого «Геркулеса»
Данный материал выкладывается на сайт из блога коллеги youroker-а на сайте warspot.ru.
Символом смены поколений в военной авиации всегда выступают боевые самолёты. Об истребителях пятого поколения или стелс-бомбардировщиках непрерывно говорят в прессе, вокруг них ведут споры любители авиации. К сожалению, куда меньше интереса вызывает прогресс в стане трудяг войны — транспортной авиации. А ведь зачастую они куда важнее, чем самые современные боевые машины. Оттого совсем не удивительно, что часто военные уделяют грузовым самолётам не меньше внимания, чем более «популярным» видам авиации, а при разработке новых транспортных проектов применяются передовые достижения науки и промышленности. В этом плане показательна история попыток создать замену основной «рабочей лошадке» транспортной авиации ВВС США — самолёту C-130 «Геркулес».
С-130J-30, одна из самых современных версий транспортного самолёта С-130 «Геркулес»
В первой половине 1990-х годов американские военные обратили внимание на одного из старейших ветеранов ВВС — транспортный самолёт «Локхид» С-130 «Геркулес». К тому времени он прослужил верой и правдой более 40 лет, и создать ему замену было бы вполне логично. В тот момент наконец после неразберихи и сокращений из-за краха СССР стабилизировалось финансирование военных программ. Хоть денег стало значительно меньше в сравнении с 1980-ми годами, их хватало для некоторых перспективных военных проектов. Одним из них и должен был стать тактический транспортный самолёт на смену старому «Геркулесу».
Предыдущие попытки
Конечно, это была далеко не первая попытка создания наследника С-130. Подобные работы проводились ещё в 1960-х годах, а одной из самых известных попыток стала программа AMST (Advanced Medium STOL Transport – «перспективный средний транспортный самолёт с укороченными взлётом и посадкой»). Стартовала она в 1968 году, когда военные совместно с NASA начали исследования проблемы создания нового тактического транспортного самолёта и формирования требований к нему.
Опытный самолёт «МакДоннелл-Дуглас» YC-15
Их результатом стало задание на проектирование транспортника с грузоподъёмностью 12 тонн, радиусом полёта 740 километров, а главное, способного с полной нагрузкой взлетать и садиться на слабо подготовленные грунтовые полосы длиной не более 600 метров.
Зимой 1972 года предложения были разосланы основным авиастроительным фирмам, а уже в ноябре того же года для реализации из многочисленных вариантов были выбраны проекты от «Боинг» и «МакДоннелл-Дуглас», получившие наименования YC-14 и YC-15 соответственно.
Для достижения нужных параметров в конструкции транспортных самолётов пришлось использовать множество новшеств. Так, проект от «Боинг» YC-14 использовал обдув верхней поверхности крыла струёй реактивных двигателей, расположенных над крылом. Дополнительная подъёмная тяга создавалась за счёт отклонения струи вниз закрылками при помощи эффекта Коанда — позже похожая схема будет использована в советском проекте самолёта Ан-72 схожего класса. Кроме того, на самолёте от «Боинг» запланировали крыло сверхкритического профиля, особенно эффективное при низковысотных полётах на дозвуковой скорости.
Конструкция «МакДоннелл-Дуглас» YC-15 была более традиционна. Инженеры фирмы также использовали крыло сверхкритического профиля и дополнительную тягу от перенаправления потока воздуха от двигателей вниз, но достигалось это специальными двухщелевыми закрылками — чуть менее эффективными, но более простыми и надёжными. Также совместно с «Пратт-Уитни» шла работа над созданием турбовентиляторных двигателей с менее концентрированным и более холодным выхлопом, что положительно влияло на дополнительную подъёмную силу от обдува крыла.
Интересной особенностью крыла YC-14 были развитые завихрители, убираемые на больших скоростях. С их помощью предотвращалась циркуляция воздуха на крыле на малых скоростях, приводившая к снижению эффективности отклонения струи от двигателей
В 1975 году начались испытания YC-15, а годом позже первый раз полетел YC-14. Оба самолёта полностью соответствовали требованиям военных и были во многом равнозначны. «Боинг» поднимал чуть больше груза; на одном из испытаний в воздух подняли даже почти 50-тонный танк М60 — правда, ценой полного отказа от короткого взлёта и посадки и уменьшения дальности полёта до нескольких сотен километров. «МакДоннелл-Дуглас» отличался чуть большей технологичностью и меньшим количеством технических проблем. Но главный минус у обоих проектов был общий — слишком высокая цена. ВВС США хотели получить машину, стоившую не дороже обычного С-130.
Кроме того, «Локхид», которая выбыла из программы AMST ещё на ранних этапах, предложила программу глубокой модернизации «Геркулеса», постепенно повышающую характеристики самолёта, с переходом в середине 1980-х на выпуск С-130 нового поколения. И хотя по лётным характеристикам даже будущий «Супер-Геркулес», не говоря о просто модернизации С-130, значительно уступал YC-14 и YC-15, по цене он был почти вдвое дешевле.
«Боинг» C-17 «Глоубмастер» III, наследник проекта YC-15
Одновременно военные США постепенно отходили от вьетнамского опыта, где были крайне важны тактическая мобильность и возможность использования транспортных самолётов на неподготовленных площадках, возвращаясь к «старой доброй войне» в Европе. В этом сценарии были куда важнее стратегическая мобильность и быстрая переброска войск на большие расстояния. Потому в 1979 году вместо AMST стартовала программа C-X по замене другого устаревающего военно-транспортного самолёта «Локхид» C-141 «Старлифтер», где в лидеры быстро вышел проект «МакДоннелл-Дуглас» на основе YC-15. Военные же начали закупку новой версии С-130Н и финансирование работ над следующим поколением этого самолёта, будущим C-130J «Супер-Геркулес».
«Летающая лягушка»
Наступили 1990-е годы. Ещё в начале десятилетия в «МакДоннелл-Дуглас» в инициативном порядке велись работы по созданию транспортного самолёта вертикального взлёта и посадки класса, подобного С-130. Предполагалось, что такая машина вызовет большой интерес как у своих военных и сил специальных операций, так и у иностранных покупателей. В этих работах был использован опыт, полученный инженерами «МакДоннелл-Дуглас» в ходе работ над программой ATTMA (Advanced Transport Technology Mission Analysis — «анализ задачи перспективной транспортной технологии») по созданию транспортного самолёта для специальных сил.
Проект «МакДоннелл-Дуглас» ATTMA разрабатывался для войск специального назначения и манёвренных групп, но рассматривалась и возможность выпуска подобных самолётов для нужд «массовой» армии
Как показали тогдашние исследования, на текущих и перспективных технологиях создание достаточно дешёвого и экономичного грузового самолёта с вертикальными взлётом и посадкой (СВВП), способного поднять более 20 тонн, оказалось невозможным. Потому было решено сосредоточить внимание на концепции SSTOL (Super Short Take Off and Landing — «сверхкороткие взлёт и посадка»), с ограничением длины разбега самолёта с полной нагрузкой 150 метрами. Вероятнее всего, подобные работы велись и «Боингом», но о них на текущий момент информации нет.
В 1996 году военные наконец сформировали предварительные требования к самолёту на смену С-130: грузоподъёмность до 30 тонн с возможностью перегруза до 50 тонн, широкий грузовой отсек, вмещающий все типы техники при сохранении габаритов С-130, возможность в любую погоду с обычной нагрузкой взлетать и садиться на полосы любого качества длиной не более 150 метров, радиус полёта с обычной нагрузкой не менее 2500 километров, пониженная заметность в тепловом диапазоне, автоматизированная система управления погрузкой — в идеале без участия специального члена экипажа.
Ранний вариант проекта «Боинг» АТТ, 1997 год
Программе было присвоено название ATT (Advanced Theater Transport — «перспективный транспортный самолёт для перевозок между театрами военных действий»). Предполагалось привлечь к работам «МакДоннелл-Дуглас», «Боинг» и «Локхид», а к 1999 году на основе их предложений окончательно уточнить требования к самолёту, после чего выбрать одну фирму для проведения исследований и постройки прототипа. Поскольку на 1996 год слияние «МакДоннелл-Дуглас» и «Боинг» стало реальностью, вскоре в программе АТТ осталось всего два участника.
Уже зимой 1996–1997 гг. подразделение «Фантом Воркс» (Phantom Works), отвечавшее за передовые проекты в «МакДоннелл-Дуглас», уже в составе «Боинга» начало работу над программой АТТ. Кроме собственного опыта были использованы наработки инженеров «Боинг» по программе транспортного самолёта с вертикальным взлётом и посадкой LIT (Light Intratheater Transport — «лёгкий транспортный самолёт для перевозок внутри театра военных действий»), проектирование которого шло в конце 1960-х годов. Оттуда в проект «Боинг» АТТ переехало полностью поворотное крыло вместо поворотных винтов, которые использовались в проектах «МакДоннелл-Дуглас». Такое решение было проще в реализации, но сулило худшие лётно-технические характеристики из большого сопротивления крыла и проблем в переходном режиме. Первоначальный вариант «Боинг» АТТ предполагал использовать фюзеляж, являющийся развитием решений, заложенных в YC-15 и С-17.
Испытательный стенд для проверки технологий АТТ на основе проекта YC-15
Более того, в качестве испытательного стенда для проверки технологий предлагалось использовать один из сохранившихся YC-15. Уже в 1997 году проект был представлен на ряде авиационных выставок, но сразу же стало ясно, что такой простой и прямолинейный подход успеха принести не может. Основной проблемой раннего варианта самолёта «Боинг» АТТ стало размещение достаточно габаритной американской техники. Чтобы решить этот вопрос и уложиться в требования военных, размеры фюзеляжа пришлось бы увеличить до уровня С-17, а значит, не удалось бы сохранить приемлемые для военных габариты самолёта. В «Фантом Воркс» приступили к поиску альтернативного решения.
К 1999 году новый проект был готов. Конструкция фюзеляжа АТТ была серьёзно переработана — он стал почти в два раза шире, чем у С-130J, но при этом немного короче. Крыло имело меньший размах, поэтому площадь требуемого места на аэродроме сократилась на четверть. Такое решение сразу же позволило увеличить количество груза в полтора раза, а, главное, для транспортировки стали доступны и негабаритные грузы вроде БМП «Брэдли», реактивных систем залпового огня MLRS или зенитно-ракетных комплексов «Пэтриот». Серьёзным плюсом была также возможность перевозить одновременно с грузовыми паллетами или машинами до 40 пехотинцев.
«Боинг» Model 3132 «Супер Фрог», вариант 1999 года
Машина получила новое стреловидное крыло. Выбор такой схемы был обусловлен несколько большим коэффициентом подъёмной силы при малых углах атаки — это означало, что можно уменьшить габариты и массу крыла без значительных потерь несущих свойств. Кроме того, крыло получило развитую механизацию, обеспечивающую высокие лётные характеристики машины даже на малых скоростях и с максимальной загрузкой.
Другим необычным решением стал отказ от хвостового оперения. Почти все его функции были переданы органам управления на крыле, за счёт чего удалось значительно расширить грузовой люк и установить на него конвейерную ленту. Новый проект получил внутреннее наименование Model 3132, в переписке же его неофициально именовали «Супер-Лягушка» (Super Frog).
Сравнение размеров С-130 и «Боинг» Model 3132
Особое внимание при проектировании было уделено конструкции лопастей винтов. Инженерам «Боинг» совместно с NASA удалось подобрать их профиль и форму, обеспечивающие максимально стабильный переход с режима медленного полёта к крейсерской скорости и обратно. Это, а также более мощные двигатели позволили увеличить вес груза, при котором оставался возможным сверхкороткий взлёт с разбегом в 100 метров, до 45 тонн, а разбег в 600 метров позволял поднять уже до 60 тонн. При любой нагрузке пробег при посадке составлял не более 50 метров. Интересным решением стали увеличенные топливные баки в толстом крыле, способные вместить суммарно до 50 тонн топлива.
В обычном полёте с 40 тоннами груза на 6500 километров самолёту была нужна лишь половинная заправка, при полной же грузоподъёмность падала до 20 тонн. Причиной столь необычного решения стала идея использования Model 3132 в качестве танкера для доставки горючего передовым частям. Специально для этого баки в крыле получили систему контроля, позволяющую заливать в них несколько видов топлива. При полёте на дальность менее 1000 километров и с установкой в грузовом отсеке дополнительных топливных баков Model 3132 мог перевезти более 60 тонн топлива.
Варианты загрузки «Боинг» Model 3132
Дополнительные исследования Model 3132 в аэродинамической трубе в 1999–2000 гг. привели к дальнейшим изменениям в проекте. Было обнаружено, что шестилопастных винтов, используемых в изначальном проекте, не хватает для создания нужной тяги на взлёте, из-за чего полезная нагрузка при сверхкоротком разбеге падала до неприемлемых 25 тонн. Решением стала установка новых восьмилопастных винтов с доработкой профиля лопастей. Также испытания показали, что полный отказ от хвостового оперения был излишне поспешным, и механизации крыла не хватило бы для управления Model 3132 на крейсерской скорости на высоте более 2000 метров. Для решения этой проблемы на хвост самолёта вернулся горизонтальный стабилизатор с возможностью поворота как его отдельных полуплоскостей, так и стабилизатора целиком.
«Боинг» Model 3132 «Супер Фрог», вариант 2000 года
Самым же заметным изменением в проекте стало крыло обратной стреловидности. Выбор в его пользу объясняется достаточно просто: старое крыло обычной стреловидности в отклонённом состоянии серьёзно мешало работе вокруг самолёта, практически блокируя проход под крылом. Внешние двигатели оказывались слишком близко к земле, создавая опасность для обслуживающего персонала и поднимая в воздух клубы пыли. Кроме того, как показали продувки в аэродинамической трубе, крыло обратной стреловидности улучшало управляемость на малых скоростях. В этом варианте Model 3132 и был представлен военным.
Невидимый транспорт: начало
К сожалению, о конкуренте от «Локхид» известно куда меньше. Они приступили к работам одновременно с «Боингом», точно так же понимая, что прибыль от АТТ может быть сравнима с самыми дорогими программами в истребительной и бомбардировочной авиации. На проект были брошены лучшие люди — например, знаменитое подразделение «Сканк Воркс» (Skunk Works). Подход к проекту в корне отличался от такового у «Боинга»: ставка была сделана не только на грузоподъёмность и сокращение разбега при взлёте и посадке, но и на защищённость самолёта. Достигалась она, конечно, с помощью уже популярной на тот момент технологии стелс.
Возможно, один из ранних вариантов проекта самолёта «Локхид» АТТ
По мнению специалистов из «Локхид», развитие дальнобойных зенитно-ракетных комплексов и ракет «воздух-воздух» ставило под угрозу всю концепцию тактического транспортного самолёта, способного снабжать войска на передовой. Противник, расположив достаточно далеко в тылу ЗРК с большой дальностью поражения, смог бы сбивать подлетающие в ближний тыл транспорты, и их не спасли бы ни большая нагрузка, ни возможность посадки на 50-метровый пятачок. При этом достижение невысокого уровня заметности для подобного самолёта почти полностью решало проблему. Исходя из этой концепции и проектировался «Локхид» АТТ.
Незаметность в радиолокационном диапазоне достигалась уже привычными методами — отражающими формами самолёта с широким использованием прямых линий, благо развитие вычислительной техники уже позволяло отказаться от плоских поверхностей, как на ранних стелсах. От использования экономически выгодных, но хорошо заметных турбовинтовых двигателей пришлось отказаться. Вместо них в нишах под крылом разместились два турбовентиляторных двигателя, имеющих несколько режимов работы. В более эффективном режиме двигатели создавали заметный для радаров след из горячего воздуха, в «скрытном» режиме мощность двигателей падала, но заметность выхлопа серьёзно снижалась.
Военно-транспортный самолёт «Локхид» АТТ, вариант 2000 года
Предполагалось, что на второй режим АТТ будет переходить при приближении к линии фронта. Так же, как и проект от «Боинга», «Локхид» АТТ имел сверхкороткий взлёт и посадку, но достигалось это другим методами. В «Сканк Воркс» уже достаточно давно шли работы над технологией CCW (Circulation Control Wing — «крыло с контролем циркуляции»), основанной на управлении обдувом крыла и рулей управления через сопла на крыле. С помощью изменения скоростей циркуляции и отклонения потоков воздуха на крыле можно было без серьёзного развития механизации значительно увеличить эффективность органов управления самолётом. В идеале CCW позволяла вовсе отказаться от обычных механических рулевых поверхностей крыла. Кроме того, такой обдув создавал дополнительную подъёмную силу на малых скоростях.
В итоге проект от «Локхид» по цифрам значительно уступал машине «Боинга». Как показали исследования, сверхкороткий взлёт был возможен только при пустой машине — тогда для разбега требовалось всего 150 метров; в нагруженном же варианте это расстояние увеличивалось до 350 метров. Пробег при посадке составлял также 150 метров. Максимальная грузоподъёмность составила всего 30 тонн, грузоподъёмность при сверхкороткой посадке — 20 тонн. Габариты грузового отсека были взяты у С-130, что тоже не служило плюсом. С другой стороны, инженерам удалось достичь серьёзного снижения заметности самолёта в радио- и тепловом диапазонах, вплоть до того, что заявлялась возможность успешно преодолевать не самые современные ЗРК.
«Локхид» АТТ, вариант 2001 года
Исследование военными всех проектов затянулось до 2002 года, когда новые требования к транспортному самолёту обнародовали в рамках «дорожной карты» трансформации армии США под конфликты нового типа. Оба проекта были признаны несоответствующими требованиям военных. Так, теперь от будущего транспортного самолёта требовался обязательный стелс, что сразу отсекало «Боинг» Model 3132. Проект «Локхид» АТТ имел недостаточную грузоподъёмность и неудовлетворительные лётные характеристики.
Минимальная грузоподъёмность в режиме SSTOL должна была составлять 40 тонн, минимально допустимую длину взлётно-посадочной полосы увеличили до 220 метров. Сняли требования по увеличенным габаритам грузового отсека — новый самолёт теперь должен был возить только то, что возил и С-130. Добавилось пожелание обеспечить возможность полёта на сверхмалых высотах (до 10 метров). Требования по дальности полёта остались без изменений. Получить новый самолёт военные оптимистично рассчитывали уже в 2010 году.
И «Боинг», и «Локхид» продолжили участие в этих работах, проводимых уже под другим названием. Программа АТТ была официально свёрнута в 2003 году, но попытки создать замену С-130 продолжаются по сей день — ощутимого результата всё ещё нет. Как минимум один раз сменилась концепция самолёта, а сроки с 2010 года уже сместились на 2035 год, и, вполне возможно, это далеко не окончательная дата.
Источники и литература:
Mark J. O’Konski, David Payne. Advanced Intratheater Airlift — Army Logistician, January-February 1999
David J. Manley, Design and Development of a Super-Short Takeoff and Landing Transport Aircraft — AIAA 2002-6023, Huntington Beach, California
Myles A. Rohrlick. Load-by-Wire Advanced Cargo Handling System — AIAA 1997-5506
R. Lopez. Boeing’s tailless ‘Super Frog’ hops on to the drawing board — Flight International, 23-29 September 1998
источник: https://warspot.ru/14168-zamena-dlya-nezamenimogo-gerkulesa
