Смена поколений техники и технологий отечественной авиации

Анализируя динамику развития отечественной авиации на начальных и последующих стадиях самолетостроения и авиадвигателестроения, отметим следующее:

- приблизительно одновременно (после 1910 года) получили развитие два направления истребительной авиации: монопланы (самолеты, имеющие одну несущую поверхность – одно крыло) и бипланы (самолеты, имеющие два крыла, находящимися одно над другим). Это одномоторные самолеты с поршневыми двигателями, принципиально отличающиеся количеством крыльев. Прочность и жесткость крыльев, хорошая маневренность, малые взлетная и посадочная скорости биплана, обусловили применение его главным образом для учебных, истребительных и разведывательных целей в начальный период развития авиации вплоть до 40-х годов ХХ века. Впоследствии биплан в истребительной авиации уступил место моноплану, обладающему большей скоростью полета.

- затем произошел кардинальный сдвиг в авиадвигателестроении, заключающийся в переходе от поршневых двигателей к реактивным (1942 год). Так возникло первое поколение дозвуковых самолетов-истребителей с реактивным двигателем (Ме-262, БИ, Су-7, Су-9, Ла-156, Миг-15, И-215 и др.).

- впоследствии происходит разветвление кривых смены поколений, связанное с разработкой и применением различных технологий в авиации и выходом на сверхзвуковые режимы полетов. Здесь практически параллельно развиваются второе поколение: сверхзвуковые истребители-перехватчики, имеющие форсажную камеру, за счет чего резко возросла скорость полета (V _max = 3030 км/ч – Е-152А); самолеты вертикального взлета и посадки (Як-36, Як-38 и др.); четвертое поколение – высокоманевренные и многофункциональные самолеты-истребители (истребители-бомбардировщики), имеющие управляемый вектор тяги (И-370, Су-27, Миг-29 и др).

- в настоящее время идет развитие пятого поколения самолетов, где начальной точкой является тяжелый истребитель «Ту-128» - летательный аппарат для дальнего перехвата воздушных целей (1961 год). Особенностью этого комплекса являлось то, что в воздушном бою самолет – носитель не совершал маневра для достижения высоты полета цели, как это делалось в большинстве других авиационных комплексов перехвата. Большая дальность полета ракет «К-80» и возможность поражения ими объектов, летящих со значительным превышением, позволяли самолету-носителю летать на значительно меньших высотах. Благодаря этому удалось большую часть маневра перенести с перехватчика на ракеты. Большие дальности обнаружения и сопровождения целей радиолокатора, а также значительная дальность пуска ракет позволяли производить атаку с любых ракурсов.

Новейший на данный период самолет-истребитель 5-ого поколения - «Проект 1.44» (Миг-35) (первый полет в 2000 году). Особенностью этого комплекса является увеличение внутреннего запаса топлива на 50%, боевой нагрузки более чем в 2 раза, также увеличен радиус действия до уровня тяжелых истребителей. «Миг-35» это многофункциональный истребитель, который имеет многоканальную (радар + оптроника) информационно-прицельную систему, обеспечивающую ведение воздушного боя и поражение надземных целей; обеспечивающий живучесть истребителя за счет развитых радиоэлектронных и оптикоэлектронных систем; информационные прицельные системы обеспечивают высокую степень автономности истребителя при решении боевых задач.

«Миг-35» – это первый истребитель, на котором установлена радиолокационная система с активной фазированной антенной решеткой (АФАР). Большую роль играют оптикоэлектронные системы (ОЭС) обнаружения и целеуказания, которые обеспечивают скрытность действий самолетов. ОЭС решает задачи навигации и разведки, позволяет сопровождать несколько целей. «Миг - 35» вобрал в себя возможности сверхзвуковых реактивных истребителей-перехватчиков 2-ого поколения и высокоманевренных самолетов – истребителей 4-ого поколения, имеет сниженную радиолокационную заметность, благодаря применению «Стелс» технологии.

Главным критерием технического уровня самолета-истребителя во всех случаях является максимальная скорость полета (V _max, км/ч). На основании этих данных в данной лабораторной можно построить S-образные (логистические) кривые смены поколений отечественных самолетов-истребителей, в том числе с учетом данных по зарубежным самолетам («Мираж», F-15; F-16; F-22; F-35 и т.д.) На рисунке 2 в качестве примера-аналога построения S-образных кривых показаны зависимости смены поколений самолетов-истребителей (бипланов и монопланов с поршневыми двигателями) на дозвуковые реактивные самолеты.

Особенностью анализируемых на рисунках 2 графиков, которая отличает их от типовых S -образных зависимостей, является наличие «шариажной» (от фр. charriage – надвинутый слой в результате горизонтального смещения (дислокации)) S-образной кривой. Такая дислокация возникла вследствие запаздывания в авиастроении ХХ века распространения технологических инноваций, связанных с последовательным переходом от поршневых двигателей к реактивным, появлением форсажной камеры и регулируемого реактивного сопла, что позволило значительно увеличивать не только скорости полетов, но и другие технические характеристики летательных аппаратов.

(1- самолеты-бипланы с поршневыми двигателями; 2 - самолеты-монопланы с поршневыми двигателями; 3 - реактивные дозвуковые самолеты-истребители)

Рисунок 2. S – образные кривые смены поколений бипланов, монопланов

на дозвуковые реактивные самолеты-истребители

Реальные технологические сдвиги (технологические разрывы) с изменением принципа действия в авиастроении стали возможны при переходе от поршневых двигателей к реактивным (см. кривые поколений бипланов, монопланов и дозвуковые самолеты-истребители с реактивным двигателем на рисунок 2). Такой переход, как видно из рисунка 2, обеспечивает возможности многократного повышения скорости полета, тяги, скороподъемности и других технических характеристик самолета, за счет появления новых технологий, сочетания высокой скорости, мощности, точности, надежности и усовершенствования системы.

Рисунок 3. Закономерности смены поколений сверхзвуковых

самолетов-истребителей

Помимо этого выделяется также технологический разрыв (см. рисунок 3), связанный с разработкой и применением принципиально новой технологии - внедрением в конструкцию двигателя форсажной камеры (от фр. forcage – принуждение, форсирование) - дополнительная камера сгорания, служащая для кратковременного увеличения тяги в случае необходимости: взлет, разгон до сверхзвуковой скорости, воздушный бой. За счет этого резко возросла скорость (V _max = 3030 км/ч – «Е-152А») и стал возможен выход на сверхзвуковые режимы полета. Так появилось второе поколение истребителей - перехватчиков с реактивным двигателем (см. рисунок 3).

Первый самолет, который преодолел звуковой барьер, был «Ла-176». Новый истребитель по расчетам конструкторов должен был развивать скорость, вплотную приближающуюся к звуковой. Чтобы достигнуть этого, крылу и оперению «Ла-176» придали стреловидность большую, чем у любого другого боевого самолета того времени - 45°. Увеличение угла стреловидности почти на 8° оказалось качественно новой ступенью в развитии аэродинамической компоновки скоростного самолета, потребовавшей новых исследований, проверок в аэродинамических трубах и на стендах прочности.

Преодоление звукового барьера стало этапным явлением в истории мировой авиации. После первых полетов на реактивных самолетах летчики столкнулись с новым явлением, когда после скорости 1000 км/ч самолет как бы упирался в невидимую стену. Наступает так называемый волновой кризис, обуславливаемый появлением дополнительного сопротивления сжимаемого воздуха. Наличие звукового барьера затрудняло достижение скорости полета, которая в зависимости от состояния воздушной среды находится в пределах 1100-1200 км/ч и, тем более, последующий переход к сверхзвуковому полету. «Ла-176» на испытаниях в сентябре 1948 года на высоте 7000 м достиг скорости 1105 км/ч, превысив скорость звука.

Третьего поколение самолетов – истребителей связано с появлением принципиально новой технологии в авиапроизводстве, связанной с осуществлением функции вертикального взлета и посадки (см. рисунок 3). Для совершения вертикальной посадки разработан специальный воздушный винт, который создает вертикальную тягу. Этот винт связан с главным двигателем истребителя посредством жесткой передачи. Во время вертикальной посадки сопло двигателя развернуто вниз, что дает вертикальную тягу и обеспечивает устойчивость самолета во время маневра. Начиная вертикальную посадку, пилот открывает створки воздушного винта, и воздух начинает поступать через верхний воздухозаборник воздушного винта. Воздушный винт связан с главным двигателем через ведущий вал, он обеспечивает главную вертикальную тягу и создает некий «воздушный столб», на который опирается самолет.

Четвертое поколение самолетов – истребителей связано с разработкой и внедрением регулируемого, отклоняемого в вертикальной плоскости сопла, позволяющее изменять вектор тяги, за счет чего улучшились скоростные, мощностные и маневренные характеристики самолетов. Так в самолетах «Су-27», «Су-35» главной особенностью двигателя «АЛ-31Ф» стало применение на нём специального механизма отклонения поворотного сопла, которое, по замыслу конструкторов, должно стать дополнительным органом управления самолётом и ещё более расширить его маневренные возможности. Система управления вектором тяги позволяет управлять самолетом с помощью рассогласования направления тяги правого и левого двигателя. Реактивное сопло с отклоняемым вектором тяги предназначено для улучшения тактико-технических характеристик самолета.

Помимо этого данное поколение самолетов связано с появлением новой технологии. Технология «Стелс» (от англ. stealth – «хитрость, уловка») разработана с целью избежать или снизить вероятность обнаружения самолета оборонными системами радаров. Данная технология по большей части засекречена, но в целом она сводится к сочетанию новых материалов и конструкций с острыми углами, что не позволяет радарам получать нормальное изображение.

В приложении приведена сводная таблица моделей отечественных самолетов, по который были построены S – образные зависимости (см. рис. 2) и рекомендуется построить закономерности смены поколений самолетов-истребителей последующих поколений на основе использования системы Microsoft Office Excel 2003.