25 лет назад, 2 апреля 1996 года, состоялся первый полёт одного из самых необычных детищ отечественного авиапрома — истребителя Су-47 (С-37) «Беркут». Машину пилотировал лётчик-испытатель герой России Евгений Фролов.
В августе 1999 года в подмосковном городе Жуковский состоялся 4-ый международный авиакосмический салон «МАКС». Среди российской техники, которая ранее выставлялась в том же составе на «МАКС-97», неожиданно в воздухе появился уникальный гость. Это был экспериментальный самолет с крылом обратной стреловидности.
Преимущества:
Удивительно, но спустя четверть века, Су-47 по-прежнему будоражит умы обывателей и любителей авиатехники как в России, так и за рубежом.
Ключевая особенность «Беркута», помимо вытянутой формы корпуса и хищной чёрной окраски, заключается в наличии нетипичного для мировой авиации крыла обратной (отрицательной) стреловидности (КОС). Эта схема позволяет успешно бороться с волновым сопротивлением, которое возникает на скорости свыше 500 км/ч и достигает своего пика к 1 Маху., даёт увеличение угловой скорости, боевого радиуса (дальности полёта), уменьшение взлётно-посадочных дистанций, расширение внутренних объёмов планера в местах стыка крыла и фюзеляжа.
Как показали расчёты и испытательные полёты, крыло обратной стреловидности повышает аэродинамическое качество носителя, что выражается в увеличении манёвренных возможностей, особенно на малых скоростях. Самолёт, оснащённый КОС, идеально подходит для ближнего воздушного боя.
По теме: МАКС-2019: легендарный Су-47 «Беркут»
Крыло обратной стреловидности обладает меньшим индуктивным сопротивлением, которое достигается за счет того, что воздушный поток перетекает от законцовок крыла в сторону корневого сечения. Интенсивность образования концевого вихря значительно снижается, а значит и повышается аэродинамическое качество крыла.
Подъемная сила крыла увеличивается, что приводит к росту взлетно-посадочных характеристик самолета. И еще, если корневая часть крыла находится в задней части фюзеляжа, соответственно можно более эффективно распорядиться освободившимся объёмом спереди.
Нередко в народе можно услышать мнение о том, чего только не придумают эти авиаконструкторы, чтобы их самолет выглядел как-то по-особенному и бросался в глаза. Но каждый узел и агрегат гражданского или военного самолета несет в себе строго определенную функцию.
В случае с Су-47 «Беркут», конструкторы не ставили целью сделать некий маркетинговый перфоманс или придать машине более грозный вид. Если говорить по-простому, если концевой профиль крыла отведен от корневого вперед или назад вдоль продольной оси самолета, то такой самолет выполнен по стреловидной схеме. Соответственно, если назад, то положительная, если вперёд, то получается отрицательная или обратная стреловидность.
Михаил Петрович Симонов был большим энтузиастом схемы самолета с крылом обратной стреловидности (КОС), и он решает использовать ее на новом истребителе. Основными преимуществами данной компоновки являются:
- значительное увеличение аэродинамического качества при маневрировании, особенно при малых скоростях;
- большая подъемная сила по сравнению с крылом прямой стреловидности, имеющим одинаковую площадь, а, следовательно, и большая грузоподъемность (до 30%);
- увеличение дальности полета на дозвуковых режимах за счет меньшего балансировочного сопротивления:
- лучшая управляемость на малых дозвуковых скоростях (и, как следствие, улучшение ВПХ);
- улучшение условий работы крыльевой механизации (что также сокращает взлетную и посадочную дистанции);
- меньшая скорость сваливания;
- улучшенные противоштопорные характеристики;
- увеличение внутренних объемов планера, особенно в местах стыка крыла и фюзеляжа, что обеспечивает лучшие условия для формирования внутренних грузоотсеков.
Недостатки:
Но при всех плюсах, крыло обратной стреловидности обладает и существенными недостатками. При наборе определенной скорости и углах атаки возможно скручивание крыла с последующим разрушением. Подъемная сила деформирует крылья в районе законцовок, которые отклоняются вверх, вплоть до достижения прочностных пределов конструкции. Этот эффект еще называют «упругой положительной дивергенцией».
По теме: Су-47 – экспериментальный самолёт с крылом обратной стреловидности
Чтобы избавиться от этого эффекта, крыло необходимо сделать максимально жестким, прочным и одновременно легким, но для этого плохо подходят даже самые прочные стальные сплавы, так как они делают массу крыла сверхизбыточной.
В авиации давно делается акцент на снижении весовых характеристик за счёт широкой интеграции композитов и титана. Они относительно лёгкие и дают преимущество в прочности. Тем не менее применение данных материалов не помогло полностью решить проблемы с жёсткостью.
Кроме того, КОС вызывает неприемлемый для экипажа уровень аэродинамической тряски. Не очень подходит крыло обратной стреловидности и для передвижения на сверхзвуковой скорости.
Все эти недостатки были выявлены при реализации проектов немецкого реактивного бомбардировщика Junkers Ju 287 :
Немецкий бомбардировщик «Юнкерс» Ju 287, ставший успешным прототипом с такой конструкцией, совершил свой первый полет в 1944 году. Его конструктор Ганс Вокке (Hans Wocke) позже применил полученные знания для создания маленького самолета бизнес-класса «Ханса HBF 320», который поднялся в небо в 1964 году. Всего было построено несколько десятков таких машин, и некоторые летают до сих пор. Это единственный коммерческий самолет с обратной стреловидностью крыла.
Но у «Хансы» крылья повернуты вперед для того, чтобы максимально использовать маленький фюзеляж и создать в этом тесном самолете больше пространства для пассажиров. Дело в том, что такая конфигурация позволяет сдвинуть крылья назад вдоль корпуса самолета.
Кроме того, у «Хансы» крылья вывернуты вперед всего на несколько градусов, в отличие от Х-29, у которого обратная стреловидность составляет 33 градуса. Столь радикальное изменение означает, что устойчивостью еще больше пожертвовали ради маневренности, так как самолет изначально неустойчив.
«У истребителя F-18 коэффициент нестабильности составляет всего 5%. А у Х-29 статическая неустойчивость равна 35%», — сказал Гельцер.
Краткий экскурс в историю создания Су-47 «Беркут, которому предшествовал Х-29
В 1944 году и американского Grumman X-29 в 1980-е годы, над которым в той или мере трудились три крупных корпорации США — Northrop Grumman, Rockwell и General Dynamics.
С появлением в начале 80-х годов прошлого века композиционных материалов, ситуация в корне изменилась. Теперь можно было создавать относительно жесткое и легкое крыло из углепластика. Ведущие авиадержавы начали исследовать возможность применения такого крыла и на военных сверхзвуковых самолетах. Первые в этом деле оказались Соединённые Штаты Америки с их экспериментальным Grumman X-29.
Grumman X-29.
Ограничившись созданием лишь двух экспериментальных самолетов Х-29 в декабре 1981 года, в сентябре 1991 года проект был закрыт. Авиаконструкторам так и не удалось достичь высоких сверхзвуковых скоростей и победить неприемлемую аэродинамическую тряску, которая возникала в результате встречи воздушного потока от носка крыла с потоком от фюзеляжных наплывов, при определённых режимах полета.
Но размещение крыльев сзади имеет другое важное следствие. Небольшие выступающие элементы оперения под названием элероны (в переводе с французского «маленькие крылья»), которые играют важнейшую роль в управлении самолетом, расположены близко к законцовкам крыла. Когда обычный самолет сваливается на крыло (потеря вертикальной тяги может привести к падению), в первую очередь обычно перестают работать элероны, потому что срыв потока начинается с концевой части крыла из-за того, как воздух его обтекает. Это означает потерю управления в и без того опасной ситуации.
Однако крыло обратной стреловидности вызывает поток воздуха в противоположном направлении, то есть, воздушный поток смещается к его корневой части. По этой причине срыв потока начинается ближе к фюзеляжу, и элероны работают дольше, давая летчику возможность управлять машиной.
«После сваливания и потери скорости при срыве потока некоторые военные самолеты могут продолжать полет вопреки логике аэродинамики благодаря огромной силе тяги двигателей. Но вопрос в том, можно ли в такой ситуации управлять самолетом. Пока не появился Х-29, это было невозможно. Это был единственный самолет с обратной стреловидностью крыла, и он сохранял управляемость после сваливания», — рассказал Гельцер.
«В то время такая маневренность считалась исключительно важной для обеспечения истребителю превосходства в воздухе. Если самолет противника свалится на крыло раньше моего, я смогу подстрелить его в мгновение ока», — сказал Гельцер.
Но увидим ли мы еще один самолет с обратной стреловидностью крыла, сделанный НАСА или ВВС США? Не стоит возлагать на это большие надежды, говорит Гельцер.
«Маленькие фирмы могут этим заняться, а вот крупные военные подрядчики и конструкторы вряд ли. Думаю, должно произойти нечто экстраординарное, чтобы они вернулись к такой концепции».
В период с 1984 по 1992 годы Х-29 совершили 422 испытательных полета. Но в итоге его самые радикальные особенности оказались на свалке истории.
«Преимущества не перевесили недостатки. Но в то время также появились технологии «стелс», которые стали широко использоваться в истребителях», — сказал Гельцер.
Такая технология обеспечивает самолету малозаметность и делает его практически невидимым для радаров. Она дает такие серьезные преимущества, что многие современные истребители даже не готовят к ведению традиционного воздушного боя, который стал редкостью.
Крыло обратной стреловидности устарело еще и из-за того, что появился отклоняемый вектор тяги, как называют возможность физически изменять направления двигателя и тяги, что обеспечивает маневренность самолету даже в случае сваливания. «Почти все то, что мог делать Х-29, в F-22 обеспечивается за счет современной аэродинамики и отклонения вектора тяги», — объяснил Гельцер.
Русский клон?
Но Х-29 был не последним в своем роде самолетом. По другую строну земного шара, в СССР, также велись работы в этом направлении. В начале 80-х догов 20-го века в опытном КБ им. Сухого главный конструктор Михаил Симонов дал инициативный старт проекта С-22 с крылом обратной стреловидности. 25 сентября 1997 года, спустя пять лет после завершающего полета Х-29, российские ВВС выпустили в небо свою собственную версию истребителя с обратной стреловидностью крыла — самолет компании «Сухой» Су-47. Его назвали «Беркут», и это был итоговый результат проекта, начатого в 1983 году, но отложенного из-за распада СССР.
Схожесть конструкции и время появления этого самолета позволяют предположить, что на его создание конструкторов вдохновил Х-29. «Не сделать такой вывод трудно. Они наверняка увидели его и решили: «Надо и нам выяснить, работает ли эта штука»», — сказал Гельцер.
Но Су-47 был почти в два раза больше Х-29, и создавали его в большей степени как полноправный истребитель, а не как опытный образец. Несмотря на это, до серийного производства дело не дошло, и был построен всего один Су-47.
В 2015 году одна российская фирма приступила к испытаниям маленького истребителя с обратной стреловидностью крыла СР-10, намереваясь предложить его российским ВВС. Это говорит о том, что такая конструкция все же может оказаться жизнеспособной.
По теме: Испытания уникального самолета СР-10 смотреть видео:Отечественный Су-47 создавался как раз вдогонку X-29. Точкой отчёта считается 1983 год, когда в США завершилась исследовательская программа NASA по отработке технологий высокоманёвренного самолёта HiMAT (Highly Maneuverable Aircraft Technology).
Инициатором запуска проекта истребителя с крылом обратной стреловидности является Михаил Петрович Симонов. Перспективный истребитель получил обозначение С-22. Впоследствии руководителем программы стал молодой на тот момент инженер ОКБ Сухого Михаил Асланович Погосян.
С-22 был выполнен по схеме «утка» с КОС, имел один двигатель и взлетный вес в пределах 20-24 тонны. По нему был выпущен полный комплект рабочей документации. Однако в ходе проектирования самолета выяснилось, что конструкция машины перетяжелена. Это потребовало радикального пересмотра проекта, создания фактически нового истребителя. Учтя опыт работ и основываясь на имеющемся научно-техническом заделе, в ОКБ им. П.О.Сухого приступили к разработке нового двухдвигательного истребителя с КОС, получившего индекс «С.32».
Разработку проекта возглавил главный конструктор М.А. Погосян.
По одному из вариантов С.32 предполагалось оснастить двумя ТРДДФ РД-79М (2 х 18.500 кгс) с системой управления вектором тяги (модернизированный вариант двигателя РД-79, созданного для самолета вертикального взлета и посадки Як-141). В дальнейшем было принято решение установить на истребитель двигатели пятого поколения АЛ-41Ф (2 х 20.000 кгс), снабженные системой УВТ. С новыми ТРДДФ он получил бы способность совершать длительный крейсерский полет на сверхзвуковой скорости без использования форсажа..
При создании самолета С.32 самое серьезное внимание уделялось вопросам снижения радиолокационной заметности (в этой области ОКБ им. П.О.Сухого располагало значительным опытом, полученном в ходе разработки тяжелых бомбардировщиков, в частности – самолета Т-4МС).
Определенный вклад в формирование облика истребителя с КОС внес генеральный конструктор НПО «Звезда» Г.И.Северин, предложивший принципиально новую концепцию катапультного кресла изменяемой геометрии, обеспечивающего летчику возможность ведения маневренного воздушного боя со значительно более высокими, чем на прежних истребителях, перегрузками. Это позволяло максимально использовать маневренные преимущества самолета с крылом обратной стреловидности.
К середине 80-х годов конструкторы определились с обликом будущей машины. Это был однодвигательный истребитель, построенный по аэродинамической схеме «утка», что и американский Х-29. Крыло планировали сделать с применением углепластика, а также снабдить его отклоняющимися носками на передней кромке, как, например, у Су-27 или МиГ-29.
В результате отсутствия у СССР двигателя нужной тяги, был создан обновленный проект С-32 с двухдвигательной силовой установкой. В 1988 году на его основе прорабатывался и палубный вариант Су-27КМ, но этой задумке так и не суждено было воплотиться в металле. Это было связано с ухудшающейся экономической обстановкой в стране.
По теме: С-32 (Су-27КМ) палубный истребительСоветские конструкторы намеревались изготовить несколько прототипов для проведения разнообразных испытаний, но распад СССР похоронил эти планы. Несмотря на это, ОКБ Сухого продолжило разрабатывать «Беркут» за счёт собственных средств.
В условиях острого дефицита финансов пришлось ограничиться постройкой одного самолёта. Уже тот факт, что специалисты ОКБ Сухого справились с этой задачей, является огромной победой отечественной авиапромышленности и заслуживает большого уважения.
При этом советские и российские инженеры пошли дальше американцев. Изготовление и достаточно интенсивная программа испытаний Су-47 стали не только удачным пиар-ходом, но и позволили отработать множество важнейших инженерных решений, которые потом использовались для проектирования и модернизации самолётов оперативно-тактической авиации.
Помимо новых аэродинамических компоновок, на «Беркуте» были апробированы крупногабаритные панельные конструкции, система дистанционного управления, двигатели с управляемым вектором тяги.
Фюзеляж Су-47 выполнен главным образом из алюминиевых и титановых сплавов. Доля композитов достигает 13%, но для середины 1990-х годов это был хороший показатель. К тому же крыло перспективного истребителя на 90% состояло из композитов.
«Беркут» оснастили двухконтурным турбореактивным двигателем Д-30Ф6 с общей форсажной камерой и регулируемым сверхзвуковым соплом. Этот силовой агрегат установлен на истребителе-перехватчике МиГ-31, предоставляя ему уникальные скоростные качества.
Максимальная скорость Су-47 у земли — 1400 км/ч, на высоте — 2200 км/ч, практическая дальность — 3300 км, практический потолок — 18 км. Объём боевой нагрузки «Беркута» неизвестен, но, скорее всего, самолёт был приспособлен под оснащение управляемыми ракетами и некоторыми видами авиационных бомб.
Чёрный «Беркут». Прародитель пятого поколения
Обращает на себя внимание определённое внешнее сходство между Су-47 и самолётом пятого поколения Су-57. Прежде всего речь идёт о достаточно плавных геометрических линиях, призванных уменьшить эффективную площадь рассеивания (ЭПР), то есть улучшить малую радиолокационную заметность. Конечно, вряд ли специалистам ОКБ Сухого удалось приблизиться по ЭПР к стандартам пятого поколения, так как в «Беркуте» практически не использовались радиопоглощающие материалы и покрытия. В то же время у Су-47, видимо, присутствовал внутрифюзеляжный отсек для размещения вооружения, как на Су-57, американских F-22 и F-35.
«По мнению оборонных экспертов, разработка С-37 означает, что в XXI веке американские лётчики могут столкнуться с противником ещё более грозным, чем это ожидалось ранее. Россия продолжает осуществлять развитие технологий… С-37 создан для того, чтобы дать русским исключительные возможности для достижения того, что называются «господством в воздухе», — сказал Велдон.
Как заявил ранее Михаил Погосян, «Беркут» вызвал большой интерес у российских военных и стал прародителем будущего самолёта пятого поколения.
В начале 90-х специалисты КБ им. Сухого вернулись к проекту самолета с крылом обратной стреловидности, который в этот раз получил обозначение С-37. В целях экономии был построен всего один прототип, на основе которого были проведены статические испытания, а затем самолет был достроен и до летающего образца.
К началу октября 2002 года Су-47 выполнил более 150 полётов. В этом же году на пресс-конференции в Гатчине заместитель Главкома ВВС по вооружению, генерал-майор Дмитрий Морозов сообщил о разработке военными технического задания на создание перспективного боевого самолёта пятого поколения. В 2003 году ОКБ Сухого выиграло конкурс на проект будущего Су-57.
В ноябре 1997 года председатель подкомитета по тактической авиации в комитете по национальной обороне Палаты представителей США Курт Велдон в интервью газетеThe New York Times пророчески заявил, что проект «Беркут» непременно создаст конкуренцию американским ВВС.
Первый полет С-37 состоялся 25 сентября 1997 года, а уже спустя два года он был показан на авиасалоне «МАКС-1999». Еще через два года экспериментальный С-37 показали под новым именем, Су-47 «Беркут».
Самолет выполнен по аэродинамической схеме «продольный интегральный триплан», то есть он имеет три поверхности для создания подъемной силы. Переднее и заднее оперения являются цельноповоротными, имеющими относительно небольшую площадь. Консоли крыла имеют стреловидность около -20° по передней кромке и -30° по задней.
Передняя кромка имеет отклоняемый носок, а задняя оснащена закрылками и элеронами. Крыло практически полностью состоит из композиционных материалов. Вертикальное оперение похоже на киль Су-27, но немного меньшим по площади.
Силовая установка выполнена из двух турбореактивных двигателей Д-30Ф11, имеющих взлетную тягу на форсаже около 15,5 тонн сил каждый. Д-30Ф11 является модернизированным двигателем Д-30Ф6, который устанавливался на истребитель-перехватчик МиГ-31.
Основные испытания самолета продолжались до середины 2000-х годов. Испытания самолета на больших скоростях и углах атаки, как и у американцев, негативно отражались на планере самолета, из-за чего пришлось наложить эксплуатационные ограничения, чтобы сохранить прототип. Также как и Х-29, Су-47 не смог побороть аэродинамическую тряску.
Экспериментальный самолет Су-47 дал необходимый опыт и новые знания, он поучаствовал в испытаниях внутреннего ракетного грузоотсека для самолета пятого поколения «ПАК ФА» Су-57 (Т-50).
Да, крыло обратной стреловидности не стало элементом истребителей пятого поколения, наверняка не станет и для шестого, но полученные знания наверняка смогут пригодиться для создания дозвуковых самолетов и беспилотных летательных аппаратов будущего.
Су-47 «Беркут», безусловно, войдет в историю, как один из самых необычных и по-своему красивых самолетов современности.