Страница:
Скорость полета, при которой местные скорости воздуха над крылом становятся равными местной скорости распространения воздуха, называется критической скоростью, а соответствующее ей число М - критическим числом полета. Увеличение скорости полета выше критической приводит к образованию над крылом местных сверхзвуковых скоростей, в результате чего наступает так называемый волновой кризис, а сопротивление самолета начинает резко возрастать при дальнейшем увеличении скорости полета. Практика показывает, что, изменяя геометрические характеристики профиля крыла, можно существенно увеличить критическое число М, т. е. сдвинуть резкое нарастание сопротивления на большие числа М полета. Так, уменьшение относительно толщины в кривизны профиля способствует повышению критического числа М профиля, а следовательно, и всего крыла.
Одним из эффективных средств, уменьшающих влияние сжимаемости воздуха на аэродинамические характеристики крыла, является придание крылу стреловидной формы в плане. Стреловидное крыло имеет существенные преимущества перед прямым благодаря менее интенсивному росту сопротивления, однако оно обладает меньшим критическим углом атаки и меньшим коэффициентом подъемной силы. Подъемная сила стреловидного крыла начинает уменьшаться за счет более раннего срыва потока с концевых сечений при меньших углах атаки, чем у прямого крыла. Преждевременный срыв потока с концов крыла ухудшает его аэродинамические характеристики.
Таким образом, создание самолета со стреловидным крылом, к тому же тонкого профиля, было необходимо для обеспечения полетов на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Вместе с тем применение тонких крыльев (особенно большой стреловидности) вызвало значительные аэродинамические, конструктивные и производственные трудности. Иначе говоря, создание самолета с реактивным двигателем, летающего на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях, потребовало огромных усилий. Но благодаря широким предварительным работам, проводившимся научно-исследовательскими организациями, и в первую очередь Центральным аэрогидродинамическим институтом, эта задача была решена. Следует напомнить, что заложенные С. А. Чаплыгиным в его работе "О газовых струях" основы теории самолетов, скорость которых приближается к звуковой, были широко и обстоятельно развиты академиком С. А. Христиановичем.
Новый тип профилей крыла в свое время был разработан П. П. Красильщиковым и Г. П. Свищевым, ныне академиком, который вместе со своим заместителем (ныне академиком) Г. С. Бюшгенсом в течение многих лет руководил ЦАГИ.
Продолжил эти работы академик Владимир Васильевич Струминский. Стреловидные крылья по сравнению с обычными позволили получить гораздо большие скорости полета, но очень осложнили взлет и посадку. С их применением стали невозможны полеты на больших углах атаки, что сильно затруднило маневр, а без маневра не может существовать боевой истребитель. Нарушение устойчивости на больших скоростях полетов в условиях маневра, а также на режимах взлета и посадки связано с тем, что на верхней поверхности тонкого стреловидного крыла возникают интенсивные поперечные потоки, которые направляют воздух вдоль поверхности крыла, накапливаются в концевой его части, резко ухудшая ее обтекание. В результате на концах крыла подъемная сила уменьшается, а в его корне увеличивается. Поток воздуха из корневого сечения устремляется в конец, возникают совершенно непривычные для аэродинамики явления, приводящие к падению несущих свойств на концах и улучшению несущих свойств в корне крыла. Для того чтобы самолет не задирал нос, следовало улучшить обтекание на концах и ухудшить у корня крыла. Так появились перегородки, задерживающие поперечные течения, и профили с очень низкой подъемной силой у корня крыла.
Наиболее трудной задачей было создание профилей, хорошо работающих на больших скоростях и не создающих подъемной силы на малых, профилей с самыми высокими несущими свойствами и характеристиками по устойчивости на концах крыла. Этими исследованиями занимались сотрудники ЦАГИ, которые были организаторами широких экспериментальных работ по внедрению последних достижений науки и техники, в частности в авиационной аэродинамике. Именно благодаря этим работам вслед за реактивными первенцами появились новые истребители - более скоростные, более совершенные и надежные. Один из них самолет МиГ-15 выпуска 1947 г., имевший реактивный двигатель с тягой 2270 кгс, цельнометаллической конструкции, со стреловидным крылом (35°) и оперением. Он был оборудован более совершенной герметической кабиной и катапультируемым креслом.
Простой по технике пилотирования и по конструкции, а также в техническом обслуживании, истребитель сравнительно быстро прошел не только заводские, но и государственные испытания и был принят на вооружение как основной боевой реактивный самолет-истребитель, и не только в нашей стране, но и в странах народной демократии.
Первый полет его состоялся 30 декабря 1947 г., максимальная скорость равнялась 1050 км/ч. Имея двигатель примерно такой же мощности, как и у американского самолета "Сейбр", МиГ-15 был значительно легче (4808 кг против 6220 кг), в связи с чем имел лучшую скороподъемность, особенно на высотах более 8000 м. Потолок МиГ-15 достигал 15000 м, "Сейбра" - 12500 м. Вооружение МиГ-15 состояло из трех пушек: одной - калибра 37 мм и двух калибра 23 мм, под крылом подвешивались неуправляемые реактивные снаряды. "Сейбр" имел лишь шесть пулеметов калибра 12,7 мм.
Несколько позже был построен самолет МиГ-15бис с более мощным, чем на МиГ-15, двигателем ВК-1 с тягой 2700 кгс. Дальность его полета равнялась 1970 км. Самолет также был принят на вооружение и широко выпускался промышленностью. Примерно в то же время в серийном производстве находилась модификация МиГ-15 в варианте истребителя сопровождения с подвесными баками. Дальность его полета составляла уже 2520 км.
Для перехвата воздушных целей потребовалось создание самолета, оборудованного радиолокационной станцией, обеспечивающей обнаружение воздушных целей вне зрительной оптической видимости. Такой самолет - СП-5 на базе МиГ-15бис с радиолокационной станцией - был построен в 1950 г. и также находился в серийном производстве. Однако к тому времени появились двухместные самолеты-перехватчики с большими возможностями установленных на них радиолокационных станций.
Широкое распространение в качестве учебно-тренировочного самолета имел двухместный УТИ МиГ-15, в течение ряда лет применявшийся и в нашей стране, и в других странах.
В ряде государств строились истребители МиГ-15 различных модификаций, и без преувеличения можно сказать, что этот самолет составил целую эпоху дозвуковой реактивной авиации. На нем обучались, летали, а если оказывалось необходимым, принимали участие в боевых действиях летчики многих стран.
Совокупность летных данных: максимальная скорость, скороподъемность, потолок и дальность полета наряду о маневренностью, управляемостью, устойчивостью и взлетно-посадочными характеристиками - определяет лицо боевого самолета. Однако она не может быть оптимальной для самолетов всех назначений. Поэтому задание на постройку и проектирование новой машины выдается в зависимости от ее назначения и в соответствии с предъявляемыми к ней требованиями. Для каждого самолета назначается круг определяющих качеств. Естественно, что для истребителя и бомбардировщика сочетание определяющих качеств различно. Для военного самолета они дополняются требованиями к вооружению, средствами прицеливания и использования.
В основных чертах путь создания военного самолета таков. Вначале определяется его облик в зависимости от назначения самолета, после чего в конструкторском бюро выполняются различные модели и компоновки. Модели испытываются в аэродинамических трубах для определения аэродинамических характеристик. Из всех проверенных моделей выбирается та, которая по своим аэродинамическим качествам наиболее полно отвечает предъявляемым требованиям. Затем разрабатываются чертежи, производятся прочностные а другие расчеты самолета и его отдельных агрегатов, строится (вначале в макетном исполнении) опытный образец. После этого начинаются летные испытания, которые должны подтвердить, что заданные характеристики реализованы. Если во время испытаний выясняется, что отдельные агрегаты или детали не соответствуют заданным характеристикам, их приходится видоизменять, перекомпоновывать, заменять, а иногда а выполнять заново, особенно если строящийся самолет должен обладать принципиально новыми данными, неизвестными в практике отечественного или иностранного самолетостроения,
Так, в частности, создавался сверхзвуковой самолет МиГ-17, который для перехода на сверхзвуковую скорость должен был преодолеть "звуковой барьер". Опасность этого перехода хорошо представляли как у нас, так и за рубежом.
Тем ее менее руководство ВВС, основываясь на достижениях науки, техники и технологии производства, было твердо убеждено а реальности своих замыслов и предложило для проектирования нескольким ОКБ, в том числе и группе Микояна, сверхзвуковой самолет, в первую очередь истребитель
МиГ-17 - фронтовой истребитель с турбореактивным двигателем ВК-1 с тягой 2700 кгс - имел стреловидное крыло (45°), цельнометаллическую конструкцию, максимальная скорость самолета достигала 1152 км/ч, потолок 16000 м, вооружение состояло из трех пушек. Самолет прошел государственные испытания и заменил в серийном производстве МиГ-15. Он стал первым отечественным серийным самолетом, превысившим скорость звука в горизонтальном полете (1 февраля 1950 г. летчик-испытатель Герой Советского Союза подполковник И. Т. Иващенко вывел машину в небо).
Одним из вариантов этого самолета был перехватчик МиГ-17ПФ. Он имел радиолокационную станцию и форсированный двигатель. В то время форсирование представляло собой один из новых методов увеличения тяги двигателя на короткие промежутки времени. Этот метод широко применяется и в настоящее время на многих военных самолетах. Для поражения воздушных целей на перехватчике были установлены ракеты "воздух - воздух", утвердившиеся к этому времени как боевое оружие авиации.
Самолет-разведчик выпуска 1952 г. также являлся вариантом МиГ-17. На самолете был установлен один из самых мощных турбореактивных двигателей с центробежным компрессором ВК-5Ф. Тяга двигателя составляла 3850 кгс на форсажном режиме Машина была оборудована фотоаппаратами для двухмаршрутной плановой съемки и перспективного фотографирования. Потолок разведчика благодаря установке форсированного двигателя достигал 16 800 м. что по тому времени представляло достаточно большую величину. Для самолета-разведчика это очень важно, так как на больших высотах он менее уязвим для самолетов противника. На одной из модификаций МиГ-17 были установлены две пушки калибра 23 мм, смонтированные в носовой части фюзеляжа на подвижном лафете, что позволяло вести стрельбу по наземным целям при горизонтальном полете.
Высокие боевые качества истребителя МиГ-17 подтвердились во время конфликта на Ближнем Востоке в 1956 г. Президент Насер отмечал, что истребители МиГ-17 явились неожиданностью для неприятеля. Они превосходили французские истребители "Мистер-IV", которые использовались противником. Превосходство наших самолетов проявилось и в битве над аэродромом Кабрит, когда тройка МиГ-17, вступив в бой с неприятельскими самолетами, сбила три из них, обратив остальные в бегство.
Максимальная скорость МиГ-17 равнялась 1152 км/ч, самолета "Мистер-IV" - 1090 км/ч. На вооружении наш истребитель имел пушку калибра 37 мм и две пушки калибра 23 мм, а "Мистер-IV" - две пушки калибра 30 мм. Продолжительность полета советского самолета была на 40 мин больше, несмотря на меньшую массу.
С начала пятидесятых годов встал вопрос об оснащении самолетов-истребителей, а также перехватчиков не только оптическими, но и радиолокационными средствами обнаружения и поражения самолетов противника.
Перехват воздушной цели, как известно, включает следующие основные этапы: вывод самолета в район цели, поиск, захват, сопровождение и поражение ее, Вывод самолета в район цели производится по целеуказаниям наземных станций обнаружения и наведения истребителя. При этом устанавливается двусторонняя связь между самолетом и наземной станцией наведения.
В современных радиолокационных станциях после выхода самолета в район цели локатор включается в режим поиска, обеспечивая обзор воздушного пространства в определенном секторе. На экране радиолокатора просматриваемое пространство отображается в виде светящегося участка, образуемого перемещающейся линией развертки. Кроме того, на экране воспроизводятся линия искусственного горизонта, используемая для пилотирования самолета по приборам, и подвижная отметка строб-импульса дальности. При выходе самолета на дальность обнаружения цели на экране радиолокатора появляется ее светящаяся отметка, затем ручкой управления подвижную отметку дальности совмещают с отметкой цели. Происходит захват цели радиолокатором, который после этого переключается в режим работы, соответствующий боевому использованию вооружения.
Вопросам создания и отработки радиолокационных станций уделялось большое внимание. Достаточно сказать, что было спроектировано несколько экспериментальных истребителей-перехватчиков, оборудованных различными вариантами этих станций. Известные летчики-испытатели дважды Герой Советского Союза Амет-Хан Султан и Герой Советского Союза Я. И. Берников проводили очень результативные испытания радиолокационных станций и самих самолетов. Нужно сказать, что в этот период создавались и испытывались самолеты нескольких КБ, также оборудованные радиолокационными станциями, отечественная истребительная авиация должна была получить самые современные и эффективные средства обнаружения цели, захвата и прицеливания.
Одним из таких истребителей явился самолет И-320(Р), строительство которого было закончено в 1949 г. На этом двухместном самолете устанавливались вначале два двигателя РД-45Ф, а затем - ВК-1 Двигатели были расположены уступом один за другим в фюзеляже. Выхлопное устройство переднего двигателя располагалось за кабиной, под фюзеляжем, а выхлопное устройство заднего двигателя - за серединой фюзеляжа, под вертикальным оперением. Несмотря на оригинальность и небольшое аэродинамическое сопротивление, подобное расположение двигателей было очень громоздким.
В 1950 г. один из экземпляров самолета Р-2 прошел испытания. Однако этот самолет не был запущен в серийное производство из-за ограничения скорости полета вследствие недостаточной жесткости крыла. Кроме того, к этому времени был запущен в серию самолет Як-25. В этот же период приступили к решению проблемы создания сверхзвукового самолета.
В 1952 г. был построен одноместный истребитель сопровождения с двумя двигателями по 2000 кгс тяги каждый. Этот самолет имел среднерасположенное крыло с углом стреловидности 55е и высокорасположенное горизонтальное хвостовое оперение. Максимальная скорость его равнялась 1192 км/ч, вооружение состояло из двух пушек калибра 37 м.
К этому времени уже представлялось технически возможным создание сверхзвукового боевого самолета с крылом большой стреловидности, имеющего прицельно-навигационное оборудование и вооружение, позволяющие вести боевые действия днем и ночью в сложных метеорологических условиях. Таким самолетом явился МиГ-19, разработанный в 1954 г. Он имел два двигателя по 3300 кгс тяги каждый с форсажными камерами. Двигатели устанавливались в фюзеляже и имели один общий воздухозаборник. Максимальная скорость полета достигала 1450 км/ч, потолок - 17000 м. Вооружение самолета состояло из трех пушек и двух блоков ракет.
Первый полет на истребителе МиГ-19 совершил Герой Советского Союза генерал-майор авиации Г. А. Седов, который в период учебы в Военно-воздушной академии им. Н, Е, Жуковского научился летать, а затем проходил службу как летчик-испытатель и инженер, ныне работает в ОКБ им, А. И. Микояна.
Было построено три варианта этого самолета. Первый, оборудованный радиолокационной станцией, использовался как истребитель-перехватчик, второй применялся для отработки системы заправки топливом в полете, на третьем испытывалась система управляемого в полете стабилизатора, так как руль высоты терял эффективность на большой скорости. Управляемый стабилизатор в го время был новинкой.
Системы управления самолетом всегда доставляли много забот конструкторам, а потому этим устройствам уделялось большое внимание, особенно в период создания сверхзвуковых самолетов. Для управления машиной на высоких скоростях от летчика порой требовались усилия, превышающие физические возможности человека. Поэтому в системах управления стали применять бустеры (гидроусилители). Принимая на себя нагрузки они позволяют легко управлять самолетом. На МиГ-19 в дополнение к этому был установлен АРУ - автомат регулирования управления. Летчик делал привычное движение, а АРУ автоматически отклонял стабилизатор в зависимости от скорости и высоты полета. Этим устройством занимался в конструкторском бюро, возглавляемом А. И. Микояном, Алексей Васильевич Минаев
Американские военно-воздушные силы в это же время имели самолет "Супер Сейбр" (F-100A), который состоял на вооружении ВВС стран НАТО до 1973 г. Максимальная скорость F-100A составляла 1385 км/ч, МиГ-19 - 1450 км/ч. Масса американского самолета превышала массу нашего истребителя в перегрузочном варианте почти в два раза, а в обычном - более чем на 3000 кг.
В течение ряда лет осуществлялось совершенствование систем самолета МиГ-19, его аэродинамики и силовой установки. Один из вариантов МиГ-19 (СМ-30) был выполнен в 1956 г. как самолет безаэродромного старта. Взлет его производился с подвижной транспортируемой установки с направляющими, на которую устанавливался самолет. Большого труда и отваги потребовала доводка этой системы от летчика испытателя Героя Советского Союза Ю. М Шиянова. Во время демонстрации старта летчик поражал всех своим спокойствием обстоятельностью в блестящим выполнением взлета и посадки.
На некоторых вариантах МиГ-19 устанавливались в качестве дополнительной силовой установки ускорители, которые могли включаться в зависимости от боевой обстановки на любых режимах и высотах полета. Один из истребителей-перехватчиков выпуска 1958 г. кроме воздушно-реактивных двигателей имел жидкостный ракетный двигатель. Максимальная скорость полета этого самолета достигала 1720 км/ч, потолок - 17 400 м. Другая модификация перехватчика была оснащена ракетным ускорителем одноразового действия с тягой 3200 кгс, которая добавлялась к 6600 кгс тяги установленных на самолете воздушно-реактивных двигателей. Максимальная скорость самолета достигала 1800 км/ч, потолок - 24 000 м, время подъема на высоту 20 000 м 8 мин. Вооружение составляли две пушки калибра 30 мм.
Член Британского королевского авиационного общества М. Брайлрок отмечал, что самым важным фактором, определяющим способность самолета МиГ-19 летать с большой скоростью, является конструкция его крыла. МяГ-15 и МиГ-17, имевшие толстое крыло без сужения в плане с аэродинамическими гребнями, обладали довольно хорошей управляемостью на малых скоростях, но на высоких дозвуковых скоростях толстый профиль крыла создавал мощные скачки уплотнения с резким увеличением лобового сопротивления, а на МиГ-15 - срыв потока и падение подъемной силы. При проектировании крыла МиГ-19 стреловидность по передней кромке была увеличена до 58°, концы крыла спрямлены и уменьшена относительная толщина. Кроме того, возникла необходимость в новой компоновке вооружения вследствие применения двигателей с осевыми компрессорами. На МиГ-15 и МиГ-17 были установлены двигатели с центробежными компрессорами, которые сравнительно нечувствительны к колебаниям потока (неравномерности) на входе в воздухозаборник, и это позволило осуществить групповую установку пушек на быстросъемной платформе под носовой частью самолета без риска возникновения помпажа{2} при стрельбе. Каждая лопатка осевого компрессора представляет собой тонкий аэродинамический профиль, предназначенный для работы на определенном угле установки. На таком профиле при сильных колебаниях потока на входе в воздухозаборник будут наблюдаться срывы потока, вызывающие помпаж. Предрасположенность двигателя к помпажу зависит от того, насколько угол установки лопатки отличается от угла срыва и как изменяется для разных типов двигателя,
М. Брайлрок отмечал, что характеристики МиГ-19 весьма внушительны и что этот самолет утвердил репутацию А. И. Микояна как авиаконструктора, создавшего в короткие сроки перехватчики с высокими летными характеристиками, не превзойденными на Западе.
По мнению военных летчиков одной из стран, в ВВС которой помимо МиГ-19 находились американские и французские самолеты, советский истребитель имеет преимущества перед самолетом "Мираж". Он более прост в пилотировании, так как обладает лучшей маневренностью, если даже не применять всех средств механизации крыла. Отмечалось также, что конструкция самолета МиГ-19 хорошо продумана с точки зрения безопасности полета и что он имеет отличные летные характеристики при полете на одном двигателе. На самолете были установлены двигатели РД-9Б с форсажным устройством конструкции С. К. Туманского, что позволяло при необходимости увеличивать их тягу. Для улучшения условий работы летчика в боевых условиях (для кондиционирования воздуха в кабине летчиков) использовались турбохолодильные агрегаты, потребность в которых все более увеличивалась по мере роста скоростей полета. Летчики боевого соединения ВВС одной из стран Азии, в котором были также самолеты F-104A и "Мираж-ЗЕ", предпочитали им МиГ-19. По свидетельству самих летчиков, в период освоения самолетов МиГ-19 четырех-пяти полетов с инструктором на двухместных тренировочных машинах УТИ МиГ-15 обычно было достаточно, чтобы перейти на самолеты МиГ-19. Основное назначение МиГ-15 - ознакомление с кабинами и системами, так как особенности этого самолета во многом сходны с МиГ-19, а также с пневмотормозами, приводимыми в действие вручную. Истребитель прост в управлении, исключительно прочен и по скороподъемности на средних высотах не уступает F-104A. Преимущество МиГ-19 заключается и в наличии двух дублированных гидросистем, что позволяет летчику в случае выхода из строя одной системы включать с помощью ручного управления другую для управления элеронами. Кроме того, при выходе из строя системы хвостового управления летчик может включить электромотор управляемого стабилизатора для управления по тангажу. Специальное устройство ручки управления ограничивает движение управляемого стабилизатора, а при увеличении скорости руль направления непосредственно соединяется с педалями Регулярно практикуются полеты без использования гидравлической системы управления. Тормозными щитками служат перфорированная плоскость под фюзеляжем и два небольших сегмента ниже и позади корневой части крыла. Закрылки Фаулера большой площади, которые могут во время боевых маневров устанавливаться так, что остаются эффективными при скорости 800 км/ч, дают хорошие летные характеристики на малых скоростях.
После преодоления "звукового барьера" конструкторы, научные организации и испытатели продолжали борьбу за увеличение скорости и высоты полета. Скорость уже достигла таких величин, что для дальнейшего ее увеличения требовались принципиально новые решения, в том числе по проблемам устойчивости и управляемости. К тому же, в связи с тем что на сверхзвуковой скорости воздух перед самолетом сильно сжимается и его температура резко повышается, возникла необходимость в теплозащите как самолета в целом, так и кабины летчика, а также многих приборов, установленных в приборных отсеках. Потребовалось, с одной стороны, кондиционирование воздуха в кабине самолета и охлаждение оборудования, а с другой - приспособление последнего для работы при высоких температурах. Множество вопросов встало и перед специалистами по материалам для конструкции самолетов и их агрегатов. Именно поэтому вначале были созданы экспериментальные самолеты. Один из них истребитель-перехватчик И-1, взаимодействовавший со специальной наземной системой, имел в качестве силовой установки мощный двигатель ВК-3 с тягой 8400 кгс. Стреловидность крыла составляла 60°, максимальная скорость полета достигала 1960 км/ч, потолок - 18000 м. Самолет был вооружен двумя пушками калибра 30 мм, а в перегрузочном варианте устанавливались еще четыре блока неуправляемых ракет
Другой экспериментальный самолет И-75Ф, постройка которого была завершена в 1957 г., имел двигатель АЛ-7Ф, несколько иную радиолокационную станцию и систему наведения, максимальную скорость 2300 км/ч и потолок 20 21 км. Масса самолета составляла 11380 кг. На его сооружении имелись только две ракеты типа "воздух - воздух", так как многие специалисты считали, что пушечное вооружение себя изжило, поскольку самолетам придется вести лишь дальний бой с помощью ракет. Однако позднее авиационные специалисты (как в Советском Союзе, так и за рубежом) убедились, что отказ от пушечного оружия, действующего в воздушном бою на малых дальностях и при маневре, был неправильным. Боевой самолет должен располагать различным вооружением в зависимости от своего назначения и данных конкретного вида оружия. Можно лишь заметить, что на современных иностранных истребителях применяются и скорострельные пушки, и ракеты "воздух - воздух" с различными системами наведения: радиолокационными или тепловыми инфракрасными. Последние воспринимают излучение в основном от силовой установки цели, особенно от выхлопной системы двигателя.
Одним из эффективных средств, уменьшающих влияние сжимаемости воздуха на аэродинамические характеристики крыла, является придание крылу стреловидной формы в плане. Стреловидное крыло имеет существенные преимущества перед прямым благодаря менее интенсивному росту сопротивления, однако оно обладает меньшим критическим углом атаки и меньшим коэффициентом подъемной силы. Подъемная сила стреловидного крыла начинает уменьшаться за счет более раннего срыва потока с концевых сечений при меньших углах атаки, чем у прямого крыла. Преждевременный срыв потока с концов крыла ухудшает его аэродинамические характеристики.
Таким образом, создание самолета со стреловидным крылом, к тому же тонкого профиля, было необходимо для обеспечения полетов на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Вместе с тем применение тонких крыльев (особенно большой стреловидности) вызвало значительные аэродинамические, конструктивные и производственные трудности. Иначе говоря, создание самолета с реактивным двигателем, летающего на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях, потребовало огромных усилий. Но благодаря широким предварительным работам, проводившимся научно-исследовательскими организациями, и в первую очередь Центральным аэрогидродинамическим институтом, эта задача была решена. Следует напомнить, что заложенные С. А. Чаплыгиным в его работе "О газовых струях" основы теории самолетов, скорость которых приближается к звуковой, были широко и обстоятельно развиты академиком С. А. Христиановичем.
Новый тип профилей крыла в свое время был разработан П. П. Красильщиковым и Г. П. Свищевым, ныне академиком, который вместе со своим заместителем (ныне академиком) Г. С. Бюшгенсом в течение многих лет руководил ЦАГИ.
Продолжил эти работы академик Владимир Васильевич Струминский. Стреловидные крылья по сравнению с обычными позволили получить гораздо большие скорости полета, но очень осложнили взлет и посадку. С их применением стали невозможны полеты на больших углах атаки, что сильно затруднило маневр, а без маневра не может существовать боевой истребитель. Нарушение устойчивости на больших скоростях полетов в условиях маневра, а также на режимах взлета и посадки связано с тем, что на верхней поверхности тонкого стреловидного крыла возникают интенсивные поперечные потоки, которые направляют воздух вдоль поверхности крыла, накапливаются в концевой его части, резко ухудшая ее обтекание. В результате на концах крыла подъемная сила уменьшается, а в его корне увеличивается. Поток воздуха из корневого сечения устремляется в конец, возникают совершенно непривычные для аэродинамики явления, приводящие к падению несущих свойств на концах и улучшению несущих свойств в корне крыла. Для того чтобы самолет не задирал нос, следовало улучшить обтекание на концах и ухудшить у корня крыла. Так появились перегородки, задерживающие поперечные течения, и профили с очень низкой подъемной силой у корня крыла.
Наиболее трудной задачей было создание профилей, хорошо работающих на больших скоростях и не создающих подъемной силы на малых, профилей с самыми высокими несущими свойствами и характеристиками по устойчивости на концах крыла. Этими исследованиями занимались сотрудники ЦАГИ, которые были организаторами широких экспериментальных работ по внедрению последних достижений науки и техники, в частности в авиационной аэродинамике. Именно благодаря этим работам вслед за реактивными первенцами появились новые истребители - более скоростные, более совершенные и надежные. Один из них самолет МиГ-15 выпуска 1947 г., имевший реактивный двигатель с тягой 2270 кгс, цельнометаллической конструкции, со стреловидным крылом (35°) и оперением. Он был оборудован более совершенной герметической кабиной и катапультируемым креслом.
Простой по технике пилотирования и по конструкции, а также в техническом обслуживании, истребитель сравнительно быстро прошел не только заводские, но и государственные испытания и был принят на вооружение как основной боевой реактивный самолет-истребитель, и не только в нашей стране, но и в странах народной демократии.
Первый полет его состоялся 30 декабря 1947 г., максимальная скорость равнялась 1050 км/ч. Имея двигатель примерно такой же мощности, как и у американского самолета "Сейбр", МиГ-15 был значительно легче (4808 кг против 6220 кг), в связи с чем имел лучшую скороподъемность, особенно на высотах более 8000 м. Потолок МиГ-15 достигал 15000 м, "Сейбра" - 12500 м. Вооружение МиГ-15 состояло из трех пушек: одной - калибра 37 мм и двух калибра 23 мм, под крылом подвешивались неуправляемые реактивные снаряды. "Сейбр" имел лишь шесть пулеметов калибра 12,7 мм.
Несколько позже был построен самолет МиГ-15бис с более мощным, чем на МиГ-15, двигателем ВК-1 с тягой 2700 кгс. Дальность его полета равнялась 1970 км. Самолет также был принят на вооружение и широко выпускался промышленностью. Примерно в то же время в серийном производстве находилась модификация МиГ-15 в варианте истребителя сопровождения с подвесными баками. Дальность его полета составляла уже 2520 км.
Для перехвата воздушных целей потребовалось создание самолета, оборудованного радиолокационной станцией, обеспечивающей обнаружение воздушных целей вне зрительной оптической видимости. Такой самолет - СП-5 на базе МиГ-15бис с радиолокационной станцией - был построен в 1950 г. и также находился в серийном производстве. Однако к тому времени появились двухместные самолеты-перехватчики с большими возможностями установленных на них радиолокационных станций.
Широкое распространение в качестве учебно-тренировочного самолета имел двухместный УТИ МиГ-15, в течение ряда лет применявшийся и в нашей стране, и в других странах.
В ряде государств строились истребители МиГ-15 различных модификаций, и без преувеличения можно сказать, что этот самолет составил целую эпоху дозвуковой реактивной авиации. На нем обучались, летали, а если оказывалось необходимым, принимали участие в боевых действиях летчики многих стран.
Совокупность летных данных: максимальная скорость, скороподъемность, потолок и дальность полета наряду о маневренностью, управляемостью, устойчивостью и взлетно-посадочными характеристиками - определяет лицо боевого самолета. Однако она не может быть оптимальной для самолетов всех назначений. Поэтому задание на постройку и проектирование новой машины выдается в зависимости от ее назначения и в соответствии с предъявляемыми к ней требованиями. Для каждого самолета назначается круг определяющих качеств. Естественно, что для истребителя и бомбардировщика сочетание определяющих качеств различно. Для военного самолета они дополняются требованиями к вооружению, средствами прицеливания и использования.
В основных чертах путь создания военного самолета таков. Вначале определяется его облик в зависимости от назначения самолета, после чего в конструкторском бюро выполняются различные модели и компоновки. Модели испытываются в аэродинамических трубах для определения аэродинамических характеристик. Из всех проверенных моделей выбирается та, которая по своим аэродинамическим качествам наиболее полно отвечает предъявляемым требованиям. Затем разрабатываются чертежи, производятся прочностные а другие расчеты самолета и его отдельных агрегатов, строится (вначале в макетном исполнении) опытный образец. После этого начинаются летные испытания, которые должны подтвердить, что заданные характеристики реализованы. Если во время испытаний выясняется, что отдельные агрегаты или детали не соответствуют заданным характеристикам, их приходится видоизменять, перекомпоновывать, заменять, а иногда а выполнять заново, особенно если строящийся самолет должен обладать принципиально новыми данными, неизвестными в практике отечественного или иностранного самолетостроения,
Так, в частности, создавался сверхзвуковой самолет МиГ-17, который для перехода на сверхзвуковую скорость должен был преодолеть "звуковой барьер". Опасность этого перехода хорошо представляли как у нас, так и за рубежом.
Тем ее менее руководство ВВС, основываясь на достижениях науки, техники и технологии производства, было твердо убеждено а реальности своих замыслов и предложило для проектирования нескольким ОКБ, в том числе и группе Микояна, сверхзвуковой самолет, в первую очередь истребитель
МиГ-17 - фронтовой истребитель с турбореактивным двигателем ВК-1 с тягой 2700 кгс - имел стреловидное крыло (45°), цельнометаллическую конструкцию, максимальная скорость самолета достигала 1152 км/ч, потолок 16000 м, вооружение состояло из трех пушек. Самолет прошел государственные испытания и заменил в серийном производстве МиГ-15. Он стал первым отечественным серийным самолетом, превысившим скорость звука в горизонтальном полете (1 февраля 1950 г. летчик-испытатель Герой Советского Союза подполковник И. Т. Иващенко вывел машину в небо).
Одним из вариантов этого самолета был перехватчик МиГ-17ПФ. Он имел радиолокационную станцию и форсированный двигатель. В то время форсирование представляло собой один из новых методов увеличения тяги двигателя на короткие промежутки времени. Этот метод широко применяется и в настоящее время на многих военных самолетах. Для поражения воздушных целей на перехватчике были установлены ракеты "воздух - воздух", утвердившиеся к этому времени как боевое оружие авиации.
Самолет-разведчик выпуска 1952 г. также являлся вариантом МиГ-17. На самолете был установлен один из самых мощных турбореактивных двигателей с центробежным компрессором ВК-5Ф. Тяга двигателя составляла 3850 кгс на форсажном режиме Машина была оборудована фотоаппаратами для двухмаршрутной плановой съемки и перспективного фотографирования. Потолок разведчика благодаря установке форсированного двигателя достигал 16 800 м. что по тому времени представляло достаточно большую величину. Для самолета-разведчика это очень важно, так как на больших высотах он менее уязвим для самолетов противника. На одной из модификаций МиГ-17 были установлены две пушки калибра 23 мм, смонтированные в носовой части фюзеляжа на подвижном лафете, что позволяло вести стрельбу по наземным целям при горизонтальном полете.
Высокие боевые качества истребителя МиГ-17 подтвердились во время конфликта на Ближнем Востоке в 1956 г. Президент Насер отмечал, что истребители МиГ-17 явились неожиданностью для неприятеля. Они превосходили французские истребители "Мистер-IV", которые использовались противником. Превосходство наших самолетов проявилось и в битве над аэродромом Кабрит, когда тройка МиГ-17, вступив в бой с неприятельскими самолетами, сбила три из них, обратив остальные в бегство.
Максимальная скорость МиГ-17 равнялась 1152 км/ч, самолета "Мистер-IV" - 1090 км/ч. На вооружении наш истребитель имел пушку калибра 37 мм и две пушки калибра 23 мм, а "Мистер-IV" - две пушки калибра 30 мм. Продолжительность полета советского самолета была на 40 мин больше, несмотря на меньшую массу.
С начала пятидесятых годов встал вопрос об оснащении самолетов-истребителей, а также перехватчиков не только оптическими, но и радиолокационными средствами обнаружения и поражения самолетов противника.
Перехват воздушной цели, как известно, включает следующие основные этапы: вывод самолета в район цели, поиск, захват, сопровождение и поражение ее, Вывод самолета в район цели производится по целеуказаниям наземных станций обнаружения и наведения истребителя. При этом устанавливается двусторонняя связь между самолетом и наземной станцией наведения.
В современных радиолокационных станциях после выхода самолета в район цели локатор включается в режим поиска, обеспечивая обзор воздушного пространства в определенном секторе. На экране радиолокатора просматриваемое пространство отображается в виде светящегося участка, образуемого перемещающейся линией развертки. Кроме того, на экране воспроизводятся линия искусственного горизонта, используемая для пилотирования самолета по приборам, и подвижная отметка строб-импульса дальности. При выходе самолета на дальность обнаружения цели на экране радиолокатора появляется ее светящаяся отметка, затем ручкой управления подвижную отметку дальности совмещают с отметкой цели. Происходит захват цели радиолокатором, который после этого переключается в режим работы, соответствующий боевому использованию вооружения.
Вопросам создания и отработки радиолокационных станций уделялось большое внимание. Достаточно сказать, что было спроектировано несколько экспериментальных истребителей-перехватчиков, оборудованных различными вариантами этих станций. Известные летчики-испытатели дважды Герой Советского Союза Амет-Хан Султан и Герой Советского Союза Я. И. Берников проводили очень результативные испытания радиолокационных станций и самих самолетов. Нужно сказать, что в этот период создавались и испытывались самолеты нескольких КБ, также оборудованные радиолокационными станциями, отечественная истребительная авиация должна была получить самые современные и эффективные средства обнаружения цели, захвата и прицеливания.
Одним из таких истребителей явился самолет И-320(Р), строительство которого было закончено в 1949 г. На этом двухместном самолете устанавливались вначале два двигателя РД-45Ф, а затем - ВК-1 Двигатели были расположены уступом один за другим в фюзеляже. Выхлопное устройство переднего двигателя располагалось за кабиной, под фюзеляжем, а выхлопное устройство заднего двигателя - за серединой фюзеляжа, под вертикальным оперением. Несмотря на оригинальность и небольшое аэродинамическое сопротивление, подобное расположение двигателей было очень громоздким.
В 1950 г. один из экземпляров самолета Р-2 прошел испытания. Однако этот самолет не был запущен в серийное производство из-за ограничения скорости полета вследствие недостаточной жесткости крыла. Кроме того, к этому времени был запущен в серию самолет Як-25. В этот же период приступили к решению проблемы создания сверхзвукового самолета.
В 1952 г. был построен одноместный истребитель сопровождения с двумя двигателями по 2000 кгс тяги каждый. Этот самолет имел среднерасположенное крыло с углом стреловидности 55е и высокорасположенное горизонтальное хвостовое оперение. Максимальная скорость его равнялась 1192 км/ч, вооружение состояло из двух пушек калибра 37 м.
К этому времени уже представлялось технически возможным создание сверхзвукового боевого самолета с крылом большой стреловидности, имеющего прицельно-навигационное оборудование и вооружение, позволяющие вести боевые действия днем и ночью в сложных метеорологических условиях. Таким самолетом явился МиГ-19, разработанный в 1954 г. Он имел два двигателя по 3300 кгс тяги каждый с форсажными камерами. Двигатели устанавливались в фюзеляже и имели один общий воздухозаборник. Максимальная скорость полета достигала 1450 км/ч, потолок - 17000 м. Вооружение самолета состояло из трех пушек и двух блоков ракет.
Первый полет на истребителе МиГ-19 совершил Герой Советского Союза генерал-майор авиации Г. А. Седов, который в период учебы в Военно-воздушной академии им. Н, Е, Жуковского научился летать, а затем проходил службу как летчик-испытатель и инженер, ныне работает в ОКБ им, А. И. Микояна.
Было построено три варианта этого самолета. Первый, оборудованный радиолокационной станцией, использовался как истребитель-перехватчик, второй применялся для отработки системы заправки топливом в полете, на третьем испытывалась система управляемого в полете стабилизатора, так как руль высоты терял эффективность на большой скорости. Управляемый стабилизатор в го время был новинкой.
Системы управления самолетом всегда доставляли много забот конструкторам, а потому этим устройствам уделялось большое внимание, особенно в период создания сверхзвуковых самолетов. Для управления машиной на высоких скоростях от летчика порой требовались усилия, превышающие физические возможности человека. Поэтому в системах управления стали применять бустеры (гидроусилители). Принимая на себя нагрузки они позволяют легко управлять самолетом. На МиГ-19 в дополнение к этому был установлен АРУ - автомат регулирования управления. Летчик делал привычное движение, а АРУ автоматически отклонял стабилизатор в зависимости от скорости и высоты полета. Этим устройством занимался в конструкторском бюро, возглавляемом А. И. Микояном, Алексей Васильевич Минаев
Американские военно-воздушные силы в это же время имели самолет "Супер Сейбр" (F-100A), который состоял на вооружении ВВС стран НАТО до 1973 г. Максимальная скорость F-100A составляла 1385 км/ч, МиГ-19 - 1450 км/ч. Масса американского самолета превышала массу нашего истребителя в перегрузочном варианте почти в два раза, а в обычном - более чем на 3000 кг.
В течение ряда лет осуществлялось совершенствование систем самолета МиГ-19, его аэродинамики и силовой установки. Один из вариантов МиГ-19 (СМ-30) был выполнен в 1956 г. как самолет безаэродромного старта. Взлет его производился с подвижной транспортируемой установки с направляющими, на которую устанавливался самолет. Большого труда и отваги потребовала доводка этой системы от летчика испытателя Героя Советского Союза Ю. М Шиянова. Во время демонстрации старта летчик поражал всех своим спокойствием обстоятельностью в блестящим выполнением взлета и посадки.
На некоторых вариантах МиГ-19 устанавливались в качестве дополнительной силовой установки ускорители, которые могли включаться в зависимости от боевой обстановки на любых режимах и высотах полета. Один из истребителей-перехватчиков выпуска 1958 г. кроме воздушно-реактивных двигателей имел жидкостный ракетный двигатель. Максимальная скорость полета этого самолета достигала 1720 км/ч, потолок - 17 400 м. Другая модификация перехватчика была оснащена ракетным ускорителем одноразового действия с тягой 3200 кгс, которая добавлялась к 6600 кгс тяги установленных на самолете воздушно-реактивных двигателей. Максимальная скорость самолета достигала 1800 км/ч, потолок - 24 000 м, время подъема на высоту 20 000 м 8 мин. Вооружение составляли две пушки калибра 30 мм.
Член Британского королевского авиационного общества М. Брайлрок отмечал, что самым важным фактором, определяющим способность самолета МиГ-19 летать с большой скоростью, является конструкция его крыла. МяГ-15 и МиГ-17, имевшие толстое крыло без сужения в плане с аэродинамическими гребнями, обладали довольно хорошей управляемостью на малых скоростях, но на высоких дозвуковых скоростях толстый профиль крыла создавал мощные скачки уплотнения с резким увеличением лобового сопротивления, а на МиГ-15 - срыв потока и падение подъемной силы. При проектировании крыла МиГ-19 стреловидность по передней кромке была увеличена до 58°, концы крыла спрямлены и уменьшена относительная толщина. Кроме того, возникла необходимость в новой компоновке вооружения вследствие применения двигателей с осевыми компрессорами. На МиГ-15 и МиГ-17 были установлены двигатели с центробежными компрессорами, которые сравнительно нечувствительны к колебаниям потока (неравномерности) на входе в воздухозаборник, и это позволило осуществить групповую установку пушек на быстросъемной платформе под носовой частью самолета без риска возникновения помпажа{2} при стрельбе. Каждая лопатка осевого компрессора представляет собой тонкий аэродинамический профиль, предназначенный для работы на определенном угле установки. На таком профиле при сильных колебаниях потока на входе в воздухозаборник будут наблюдаться срывы потока, вызывающие помпаж. Предрасположенность двигателя к помпажу зависит от того, насколько угол установки лопатки отличается от угла срыва и как изменяется для разных типов двигателя,
М. Брайлрок отмечал, что характеристики МиГ-19 весьма внушительны и что этот самолет утвердил репутацию А. И. Микояна как авиаконструктора, создавшего в короткие сроки перехватчики с высокими летными характеристиками, не превзойденными на Западе.
По мнению военных летчиков одной из стран, в ВВС которой помимо МиГ-19 находились американские и французские самолеты, советский истребитель имеет преимущества перед самолетом "Мираж". Он более прост в пилотировании, так как обладает лучшей маневренностью, если даже не применять всех средств механизации крыла. Отмечалось также, что конструкция самолета МиГ-19 хорошо продумана с точки зрения безопасности полета и что он имеет отличные летные характеристики при полете на одном двигателе. На самолете были установлены двигатели РД-9Б с форсажным устройством конструкции С. К. Туманского, что позволяло при необходимости увеличивать их тягу. Для улучшения условий работы летчика в боевых условиях (для кондиционирования воздуха в кабине летчиков) использовались турбохолодильные агрегаты, потребность в которых все более увеличивалась по мере роста скоростей полета. Летчики боевого соединения ВВС одной из стран Азии, в котором были также самолеты F-104A и "Мираж-ЗЕ", предпочитали им МиГ-19. По свидетельству самих летчиков, в период освоения самолетов МиГ-19 четырех-пяти полетов с инструктором на двухместных тренировочных машинах УТИ МиГ-15 обычно было достаточно, чтобы перейти на самолеты МиГ-19. Основное назначение МиГ-15 - ознакомление с кабинами и системами, так как особенности этого самолета во многом сходны с МиГ-19, а также с пневмотормозами, приводимыми в действие вручную. Истребитель прост в управлении, исключительно прочен и по скороподъемности на средних высотах не уступает F-104A. Преимущество МиГ-19 заключается и в наличии двух дублированных гидросистем, что позволяет летчику в случае выхода из строя одной системы включать с помощью ручного управления другую для управления элеронами. Кроме того, при выходе из строя системы хвостового управления летчик может включить электромотор управляемого стабилизатора для управления по тангажу. Специальное устройство ручки управления ограничивает движение управляемого стабилизатора, а при увеличении скорости руль направления непосредственно соединяется с педалями Регулярно практикуются полеты без использования гидравлической системы управления. Тормозными щитками служат перфорированная плоскость под фюзеляжем и два небольших сегмента ниже и позади корневой части крыла. Закрылки Фаулера большой площади, которые могут во время боевых маневров устанавливаться так, что остаются эффективными при скорости 800 км/ч, дают хорошие летные характеристики на малых скоростях.
После преодоления "звукового барьера" конструкторы, научные организации и испытатели продолжали борьбу за увеличение скорости и высоты полета. Скорость уже достигла таких величин, что для дальнейшего ее увеличения требовались принципиально новые решения, в том числе по проблемам устойчивости и управляемости. К тому же, в связи с тем что на сверхзвуковой скорости воздух перед самолетом сильно сжимается и его температура резко повышается, возникла необходимость в теплозащите как самолета в целом, так и кабины летчика, а также многих приборов, установленных в приборных отсеках. Потребовалось, с одной стороны, кондиционирование воздуха в кабине самолета и охлаждение оборудования, а с другой - приспособление последнего для работы при высоких температурах. Множество вопросов встало и перед специалистами по материалам для конструкции самолетов и их агрегатов. Именно поэтому вначале были созданы экспериментальные самолеты. Один из них истребитель-перехватчик И-1, взаимодействовавший со специальной наземной системой, имел в качестве силовой установки мощный двигатель ВК-3 с тягой 8400 кгс. Стреловидность крыла составляла 60°, максимальная скорость полета достигала 1960 км/ч, потолок - 18000 м. Самолет был вооружен двумя пушками калибра 30 мм, а в перегрузочном варианте устанавливались еще четыре блока неуправляемых ракет
Другой экспериментальный самолет И-75Ф, постройка которого была завершена в 1957 г., имел двигатель АЛ-7Ф, несколько иную радиолокационную станцию и систему наведения, максимальную скорость 2300 км/ч и потолок 20 21 км. Масса самолета составляла 11380 кг. На его сооружении имелись только две ракеты типа "воздух - воздух", так как многие специалисты считали, что пушечное вооружение себя изжило, поскольку самолетам придется вести лишь дальний бой с помощью ракет. Однако позднее авиационные специалисты (как в Советском Союзе, так и за рубежом) убедились, что отказ от пушечного оружия, действующего в воздушном бою на малых дальностях и при маневре, был неправильным. Боевой самолет должен располагать различным вооружением в зависимости от своего назначения и данных конкретного вида оружия. Можно лишь заметить, что на современных иностранных истребителях применяются и скорострельные пушки, и ракеты "воздух - воздух" с различными системами наведения: радиолокационными или тепловыми инфракрасными. Последние воспринимают излучение в основном от силовой установки цели, особенно от выхлопной системы двигателя.