Сверхзвуковые самолеты - Эдмунд Цихош

Согласно опубликованным данным, этот самолет имеет следующие преимущества: -схема «утка» с крылом и горизонтальным оперением, снабженными эжекторами, позволяет развивать во время вертикального взлета и посадки большую подъемную силу;

– наличие общей системы управления подъемной силой, тягой двигателя и самолетом обеспечивает простоту перехода из режима висения в горизонтальный полет с М-2;

– габариты двигателя составляют менее 2/3 габаритов использованных ранее подъемных двигателей;

– большое значение коэффициента подъемной силы в области задней кромки крыла и оперения, благоприятный характер обтекания (от действия эжекторов) на верхней поверхности крыла на переходных режимах полета;

– очень короткий разбег, что позволяет повысить грузоподъемность;

– использование щитков эжекторов как управляющих поверхностей и аэродинамических тормозов, что способствует уменьшению массы самолета и упрощает продольное управление;

– путевая устойчивость и управляемость благодаря большой поверхности тормозных щитков и стабилизаторов близка к аналогичным параметрам современных самолетов классической схемы.

Кроме специфической системы двигательной установки самолеты ВВП характеризует еще одна отличительная черта, а именно необходимость дополнять схему аэродинамического управления другими устройствами, обеспечивающими управляемость самолета при полете с малой поступательной скоростью. В самолетах «Мираж», например, применена струйная система управления с 10 соплами, через которые под давлением выпускается воздух, создавая реактивную силу регулируемой величины. Воздух забирается из компрессоров подъемных двигателей и направляется по специальным каналам в сопла, которые находятся в передней и задней частях фюзеляжа (управление по тангажу), на концах крыла (управление креном) и с двух сторон киля (управление рысканием).

В самолете YJ-101C тяга двигателей регулируется. Ручка управления соединена непосредственно с рычагом газа двигателей, поэтому при зависании высота регулируется изменением тяги всех двигателей. Необходимые углы крена или атаки достигаются дифференциальным изменением тяги двигателей при отклонении ручки управления в соответствующую сторону. Продольное управление осуществляется увеличением тяги двигателей в гондолах и одновременно уменьшением тяги фюзеляжных двигателей или наоборот. Поперечное управление производится путем дифференциального изменения тяги двигателей в гондолах (при этом изменение тяги фюзеляжных двигателей не имеет значения). Путевое управление обеспечивается с помощью педалей, осуществляющих поворот гондол для создания необходимого момента. С целью уменьшить влияние величины тяги на устойчивость самолета применяется система механизмов, изменяющих угловую скорость поворота гондол по закону косинуса; для уменьшения продольного момента от фюзеляжных двигателей (при переходе гондол в горизонтальное положение) производится уменьшение их тяги по синусу угла поворота гондол.

Принятая схема обеспечивает автоматический переход самолета из режима висения в горизонтальный полет. При достижении высоты 25-30 м нажатие кнопки на рычаге газа приводит в движение систему поворота гондол (вначале со скоростью 2°/с, а через 35-40 с пилот может увеличить ее до 4°/с), что вызывает уменьшение вертикальной и увеличение горизонтальной составляющих тяги. Переход к горизонтальному полету обычно занимает ~ 55 с, самолет за это время пролетает около 1600 м и достигает скорости 70 м/с. При посадке пилот выпускает сначала тормозные щитки, затем шасси и включает оба подъемных (фюзеляжных) двигателя. При переходе гондол в вертикальное положение увеличиваются тяга фюзеляжных двигателей и вертикальная составляющая тяги двигателей в гондолах. Окончательное торможение до нулевой скорости производится путем увеличения угла атаки. Обычно процесс посадки длится ~ 60 с, при этом самолет пролетает расстояние – 2300 м.

Из представленной по необходимости кратко проблемы вертикального взлета и посадки видно, что самолеты ВВП имеют очень сложные двигательную установку и систему управления. Следует при этом напомнить, что максимальная тяга двигателей необходима только во время взлета и посадки, а не на основных этапах полета, для которых предназначается большая часть топлива. Применяемые двигательные и управляющие системы, а также особенности техники пилотирования не только усложняют обслуживание и эксплуатацию, но и требуют повышения уровня обучения летно-технического состава. Несмотря на эти недостатки, самолеты ВВП могут служить важным дополнением к обычным самолетам, так как их появление и развитие являются следствием поисков оптимальных решений задач, продиктованных увеличением диапазона применения авиации. Возобновление исследований сверхзвуковых самолетов ВВП свидетельствует о том, что современный технический уровень достаточно высок для создания надежного, малоуязвимого самолета такого типа с высокими эксплуатационными качествами. Несмотря на высокую стоимость, в некоторых случаях использования самолет ВВП может оказаться наиболее экономичным и универсальным транспортным средством или оружием, нежели обычный самолет или вертолет.

9. Пассажирские самолеты

Проведенные в первой половине 50-х годов летные испытания десятков экспериментальных и военных сверхзвуковых самолетов и двух первых опытных реактивных пассажирских самолетов («Комета» фирмы «Де Хэвилленд» и Ту-104 конструкции А. Н. Туполева), а затем переход к серийному производству некоторых из них свидетельствовали о приближении эры сверхзвуковой пассажирской авиации. Ввод в эксплуатацию в 1956-1959 гг. пяти типов пассажирских самолетов (кроме указанных выше, «Боинг» 707, «Каравелла» фирмы «Сюд авиасьон» и DC-8 фирмы «Дуглас») с крейсерской скоростью около 800 км/ч, а особенно организация регулярных пассажирских трансатлантических рейсов привели не только к заинтересованности проблемой со стороны потенциальных пользователей, но и склонили многих специалистов к мнению о возможности создания к середине 60-х годов сверхзвуковой пассажирской авиации со скоростями полета, соответствующими М = 2.

Эти взгляды основывались на всесторонней (как тогда казалось) оценке технических и финансовых возможностей промы- шленно развитых стран и на анализе тенденций развития пассажирской авиации за период послевоенных 15 лет. Проведенный в конце 50-х-начале 60-х годов анализ показал, что в среднем каждые 5 лет в авиации происходила замена оборудования на новое с более высокими техническими и экономическими показателями, лучшего качества, повышенными комфортом и безопасностью эксплуатации. Однако практика последующих лет существенно скорректировала эти прогнозы, так как и сейчас, после ввода в эксплуатацию самолетов Ту-144 (с декабря 1975 г. грузовые рейсы на линии Москва-Алма- Ата) и «Конкорда» (с января 1976 г. пассажирские рейсы на линиях Париж – Рио-де- Жанейро и Лондон-Бахрейн), гораздо большее внимание уделяется техническому развитию околозвуковых пассажирских самолетов, чем сверхзвуковых. Это вызвано двумя причинами:

1) Из того факта, что создано несколько десятков типов экспериментальных и военных сверхзвуковых самолетов, еще не следует, что все проблемы авиации, связанные с преодолением очередных «барьеров», уже решены. Эксплуатация пассажирского самолета должна удовлетворять совсем другим требованиям по сравнению с исследовательским или рекордным полетом, которому предшествует длительная подготовка, тем более она отличается от полета военного самолета, на борту которого находится лишь специально подготовленный, обученный и натренированный летчик, снабженный на случай аварии катапультируемым сиденьем и парашютом. Рейсовый пассажирский самолет появляется лишь после решения комплекса дополнительных сложных проблем. Такой самолет должен перевозить пассажиров с определенной скоростью, регулярно и на большие расстояния, без перегрузок, шума, тряски и т. п., т. е. в условиях привычного в обычной жизни комфорта и практически полной безопасности. Это касается также экипажа. Поскольку самолет совершает регулярные полеты, он становится местом повседневной работы экипажа, что требует обеспечения соответствующих условий работы, оказывающих, между прочим, определенное влияние и на безопасность полета. Наконец, пассажирский самолет должен быть экономичным в эксплуатации. С одной стороны, это означает пригодность к эксплуатации на существующих взлетных полосах аэропортов, что требует наличия взлетно-посадочных характеристик, аналогичных характеристикам эксплуатируемых в настоящее время околозвуковых самолетов, а с другой стороны,- необходимость обеспечения длительного срока службы машины (ресурс современных военных сверхзвуковых истребителей составляет порядка 4000-6000 ч полета, а пассажирских самолетов-около 40000 ч) в условиях периодического действия аэродинамических и тепловых нагрузок, связанных с преодолением звукового и теплового барьеров.