Авиация и космонавтика 2013 04 - читать бесплатно онлайн полную версию книги автора (Су-27

Су-27 — история создания

Резкое расширение работ по Су-27 началось в 1973 г. после того, как 22 января года Павел Осипович Сухой утвердил «График первоочередных работ по изделию Т-10». Уже в феврале было принято решение существенно расширить в 100-м отделе состав группы, занимающейся изысканиями по Су-27. Фактически, все проектные работы по самолету были переданы из бригад 100-1 и 100-2 в бригаду 100-3. Основанием для этого стало то, что с 1973 г. предполагалось существенное сокращение объема проектных работ по самолету Т-4 и, одновременно, — повышение трудоемкости в пользу Су-27. Таким образом, бригада 100-1 полностью сосредотачивалась на проектных работах по Т-6 (Су-24) и Т-8 (Су-25), а бригада 100-3 — на работах по Т-10.

Сосредоточение всех проектных работ по Су-27 в бригаде 100-3 существенно увеличило число конструкторов, участвующих в разработке истребителя. Это самым благоприятным образом сказалось на объеме и качестве проектных работ. Основным направлением, по-прежнему, являлась углубленная проработка интегральной схемы самолета. Основной упор был сделан на поиск новых схем размещения основных опор шасси. В этом отношении, можно сказать, что проектирование Су-27 со всей очевидностью подтвердило, насколько важна правильная компоновка шасси с точки зрения ее влияния на аэродинамическую и конструктивно-компоновочную схему самолета в целом. По воспоминаниям В.И. Антонова: «Все проектировщики, начиная от конструкторов бригады 100-3, и кончая самим Генеральным, достаточно спокойно относились к вопросу компоновки передней опоры шасси, ясно отдавая себе отчет в том, что при выбранной общей компоновочной схеме самолета, этот вопрос не представляет особой сложности. Основные сложности заключались в отсутствии приемлемой схемы размещений основных опор шасси».

В первой половине 1973 г. стало ясно, что эта проблема существенно сдерживает темпы разработки самолета в целом. Было рассмотрено большое количество возможных вариантов. «Прорыв» наметился к середине 1973 г., когда молодой конструктор А. Южаков обратил внимание на особенности компоновки шасси на палубных самолетах авиации ВМФ США: истребителе F-14 «Tomcat» и штурмовике А-6 «Intruder» фирмы «Grumman». Взяв за основу примененную там кинематическую схему, им был разработан новый вариант схемы уборки основных опор для истребителя Су-27. Основные опоры убирались движением вперед с разворотом колес при помощи складывающегося переднего подкоса. При этом, стойка, подкос и другие фрагменты кинематической схемы размещались в обтекателе, примыкающем к боковой поверхности гондолы двигателя и нижней поверхности несущего корпуса, а колесо с разворотом на 90° убиралось в несущий корпус самолета. Подобная схема обеспечивала необходимую колею и занимала сравнительно малую величину размаха несущего корпуса самолета, т. е. была выгодна с точки зрения размещения вооружения под самолетом. Но самое главное — по сравнению с другими, ранее рассмотренными вариантами, она вносила существенно меньший вклад в площадь миделевого сечения самолета. Использование вышеописанной схемы позволило применить и другое техническое решение — хвостовые балки, которые объединили с обтекателями шасси в единое геометрическое тело, верхняя поверхность которого была связана с поверхностью несущего корпуса. Сами балки могли при этом служить «платформой» для установки как консолей низкорасположенного горизонтального оперения, так и двухкилевого вертикального оперения.

Опытный самолет Т-4

Исходя из различных компоновочных соображений, проектанты пытались исследовать влияние на параметры общей схемы самолета и других факторов. При условии минимизации конструктивно-компоновочных изменений, наиболее простым и доступным средством здесь являлось варьирование параметрами входного устройства. В связи с этим, начиная с середины 1973 г. последовательно проверялась возможность применения воздухозаборников разных схем. Наряду с исходным входным устройством прямоугольного сечения с верхним горизонтальным клином торможения наиболее широко исследовался вариант осесимметричного цилиндрического заборника, рассматривались также варианты заборников прямоугольного сечения с вертикальными поверхностями торможения, и полукруглые воздухозаборники. Наиболее интересным в этом отношении стал вариант «пакетной» компоновки с единым центральным воздухозаборником.

Идея проработки «пакетного» варианта была обнародована еще на первом же внутрибригадном совещании, посвященном началу работ по Су-27. Л.И. Бондаренко предложил проработать эту схему наряду с интегральным вариантом под тем предлогом, что в свое время она была очень хорошо исследована в процессе создания Т-4 («100»). Но реально, работа над этим вариантом схемы, получившим обозначение Т10/6, началась только во второй половине 1973 г.

Следует отметить также, что вплоть до 1973 г. работы по внутренней компоновке Су-27, т. е. размещение на самолете заданных объемов оборудования, носили сугубо предварительный характер, и сводились, по сути, к выделению в самолете соответствующих зон и внутренних объемов для размещения тех или иных систем. Только с 1973 г. в ОКБ начали поступать от смежников какие-то конкретные материалы по системам оборудования и вооружения, в результате чего, проектанты получили возможность и более подробно заняться компоновкой на Су-27 общесамолетных систем, целевого БРЭО и провязкой трасс коммуникаций. Почти сразу возникли большие сложности с размещением на борту самолета всего заданного состава БРЭО, в связи с чем пришлось достаточно жестко ставить вопрос о лимитах на объем и массу устанавливаемого целевого оборудования, одновременно появилась возможность более точно оценить требуемую размерность самолета.

Общим для всех компоновочных решений являлось еще одно важное обстоятельство. С 1973 г., в соответствии с уточненной концепцией построения парка истребительной авиации, работы по Су-27 продолжались в направлении создания самолета увеличенной размерности. Для обеспечения заданных по проекту ТТТ ВВС параметров, в первую очередь, большей дальности полета, требовалось увеличить количество топлива. Обычный путь решения этой проблемы заключался в выполнении требования заданной дальности полета за счет установки на самолете подвесных топливных баков (ПТБ). Но на Су-27, как в этом уже убедились конструкторы, благодаря высокой весовой отдаче интегрального варианта компоновки, можно было без особых проблем разместить весь требуемый запас топлива на борту. Естественно, для этого необходимо было увеличить объем топливной системы, а для компенсации роста массы — площадь крыла. В результате, к 1973 г. на Су-27: площадь крыла выросла с 49 до 55 м² (по базовой поверхности), объем топливных емкостей — с 6500 до 10500 л, а в дальнейшем, еще больше, до 12000 л.

Все это, естественно, вело к росту веса и размерности самолета, что требовало соответствующего увеличения тяги двигателей — сначала с 10.5 до 12, а в дальнейшем и до 12.5 т. На последней цифре решили остановиться — именно такая величина была записана в проекте ТЗ на АЛ-31Ф, направленном в ОКБ А.М. Люльки. Рост размерности истребителя был неизбежной платой за выполнение ТТТ ВВС. Оборотной стороной этого процесса явилась необходимость решения важного вопроса с обеспечением прочности конструкции. По существующим отечественным нормам, для самолетов рассматриваемого класса требовалось обеспечить для конструкции в полете заданную расчетную перегрузку пуэ при массе, соответствующей запасу топлива, равному 80 % от общего внутреннего запаса. Применительно к Су-27 это означало необходимость неоправданного перетяжеления конструкции. В результате, обеспечивая требования по дальности, конструкторы ОКБ неизбежно проигрывали в удельных характеристиках по сравнению с истребителем меньшей размерности. По воспоминаниям О.С. Самойловича: «…нам было необходимо только 5,5 т топлива, в то время как мы были в состоянии разместить 9 т (это особенности интегральной компоновки). Возникла пикантная ситуация. Что делать? Уменьшать самолет или «возить воздух»? Ни то, ни другое нас не устраивало».

Выход был найден в предложении разделения требований по обеспечению заданной перегрузки отдельно для вариантов ведения воздушного боя на заданном рубеже и для варианта полета на дальность. Хитрость при этом заключалась в том, что в первом случае для выполнения ТТТ не требовалась полная заправка, т. к. необходимая дальность полета обеспечивалась при запасе топлива, составляющем примерно половину от полной внутренней емкости баков.

Но найденный таким образом компромисс требовалось утвердить в качестве нормативного акта. Обратимся еще раз к воспоминаниям О.С. Самойловича:

«Решить проблему путем переписки было практически невозможно, пришлось бы задействовать очень большое число организаций. Оставалось одно: организовать круглый стол на уровне лиц, принимающих решение.

«Пакетный» вариант, общий вид Т10-6 /1-я редакция)

В конце концов выход был найден. Мы подготовили новый вариант проекта требований, отличавшийся тем, что там формулировались раздельно требования к самолету с нормальным и с максимальным запасом топлива во внутренних баках. П. Сухой одобрил это предложение и дал мне санкцию на встречу с руководством ВВС. Нам повезло в том смысле, что в то время во главе инженерно-технической службы ВВС находились очень грамотные, высокообразованные, интеллигентные люди: Заместитель Главкома по вооружению генерал-полковник Михаил Никитович Мишук, начальник научно-технического комитета генерал-лейтенант Георгий Сергеевич Кириллин и начальник управления заказов генерал-лейтенант Виктор Романович Ефремов. С ними было приятно работать. Они быстро разобрались в чем дело и согласились. В итоге мы четверо подписали оба экземпляра этого документа, и он стал основой для дальнейшей разработки III».

В конечном счете, принятый при этом подход позволил в дальнейшем существенно расширить тактические возможности Су-27 в части более широкой полезной нагрузки, варьируя соотношения топлива и боевой нагрузки в зависимости от поставленной задачи, а в более отдаленной перспективе — возможность создания на базе самолета Су-27 целого семейства самолетов различного тактического назначения. Так закладывалась перспектива дальнейшего развития Су-27.

В целом, в период 1973 — начала 1974 г. в отделе проектов ОКБ продолжалась работа по уточнению общих компоновочных решений. В рамках предэскизного проектирования было рассмотрено несколько новых вариантов компоновок, выпущен и утвержден комплект директивной документации для начала рабочего проектирования самолета в ОКБ.

Вторым по важности, являлся «кадровый» вопрос. Вплоть до 1974 г. в ОКБ не было официально назначенного руководителя работ по теме Т-10. Неофициально эти обязанности исполнял О.С. Самойлович, но за ним было закреплено лишь общее руководство проектными работами в ОКБ, а деятельность Главного конструктора самолета требовала оперативного решения не только проектных, но и чисто организационных вопросов, в т. ч., и со сторонними организациями. Для этого у Олега Сергеевича не имелось соответствующих полномочий. Со временем, в связи с постоянным ростом объема решаемых задач, такое положение становилось нетерпимым. Формально, согласно существующей «табели о рангах», с должности зам. главного, Олега Сергеевича, наверное, можно было назначать и главным конструктором, но, очевидно, у руководства ОКБ в лице П.О. Сухого и Е.А. Иванова имелись какие-то другие соображения по этому поводу.

В начале 1974 г. распоряжением по КБ Главным конструктором по теме Су-27 был назначен 1-й заместитель Генерального конструктора Наум Семенович Черняков, который отныне совмещал в одном лице сразу две должности Главного конструктора: по сверхзвуковому ракетоносцу Т-4 и по истребителю Су-27. Теперь можно только догадываться, чем было вызвано такое решение. Возможно, что со стороны П.О. Сухого, назначение Чернякова главным конструктором Су-27 преследовало чисто прагматическую цель — придать теме Су-27 соответствующий вес и статус в связи с близящимся переходом на этап ОКР и предэскизной проработки. Но был в этом вопросе и некий «горький привкус».

Н.С. Черняков, несомненно, был крупной фигурой, даже в рамках всего МАП. Свою творческую биографию он начинал в 1939 г. в ОКБ-301, в дальнейшем работал в качестве начальника серийного конструкторского отдела на заводах №№ 153 и 82, а с 1946 г. вновь вернулся в ОКБ-301, главным конструктором которого являлся С.А. Лавочкин. В 1954 г. Наума Семеновича назначили ответственным руководителем работ по одной из наиболее приоритетных для ОКБ-301 тем — МКР «Буря», а в 1957 году он стал главным конструктором. В ноябре 1960 г., после смерти С.А. Лавочкина, и в связи с закрытием работ по «Буре», Черняков перешел в ОКБ-52 к В.Н. Челомею, но, уже в мае 1961 г., по собственной инициативе перевелся оттуда на работу в ОКБ Сухого, где все последующие годы занимался созданием Т-4. Поручая эту работу «варягу», Павел Осипович шел на определенный риск, т. к. это была чрезвычайно ответственная для ОКБ и технически сложная тема, но Наум Семенович сумел влиться в коллектив «суховцев» и блестяще справился с задачей руководства этим непростым делом.

Компоновочная схема Т10/6. Январь 1974 года (1-я редакция)

К концу 1973 года, работы по Т-4 были на подъеме. Блестяще закончилась эпопея внедрения в производство и постройки на ТМЗ опытных самолетов. С августа 1972 г. успешно велись летные испытания первого опытного образца, а на разных стадиях постройки находилось еще 3 машины. Но, как теперь известно, проблема состояла в том, что этот самолет с самого начала не пользовался поддержкой руководства МАП. При этом, на этапе проектных работ и постройки опытной партии самолетов министр авиапромышленности П.В. Дементьев не рисковал в открытую выступать против темы, официально заданной правительственным постановлением. Но к 1974 г., когда в ходе работ по Т-4 наступил момент принятия решения о необходимости подготовки полномасштабного серийного выпуска самолета, было решено под благовидным предлогом внедрения в серию более дешевого самолета аналогичного назначения (Ту-22М2) подготовить решение о свертывании работ по теме Т-4. Возможно, что руководству ОКБ стали известны какие-то детали этих событий, и поэтому решение о назначении Чернякова руководителем еще одной перспективной темы (по совместительству) явилось простым желанием уберечь этого достойнейшего человека от шока, связанного с грядущим закрытием работ и снятием его с должности. Самое печальное во всем этом то, что весь последующий ход событий подтвердил худшие опасения. Выполненный 22 января 1974 г. 10- й по счету полет самолета «101» (первого опытного образца Т-4) стал последним в его «летной биографии». Начиная с 1974 г., работы по теме Т-4 были приостановлены, а вскоре и вовсе свернуты.

Но, как говорится, «хватит домыслов». Фактом является лишь то, что Н.С. Чернякова назначили в ОКБ руководителем темы Су-27 не приказом по МАП, а именно распоряжением по КБ, т. к., являясь по должности заместителем Генерального конструктора, он уже был официально назначенным руководителем работ по Т-4.

По воспоминаниям О.С. Самойловича, «Н. Черняков … начал с того, что стал пересматривать и отменять некоторые технические решения, принятые раньше. Я резко протестовал против этого, дважды ходил к П.О., но безрезультатно». Действительно, следует отметить, что с приходом в 1974 г. к руководству темой Н.С. Чернякова, в 100-м отделе несколько сменились приоритеты работ. Наряду с продолжением исследований основного, интегрального варианта, резко активизировались поиски альтернативных схем.

Наиболее сильно от всех предыдущих вариантов отличался пакетный вариант компоновочной схемы (компоновка Т 10/6).

Работы по этому варианту схемы начались летом 1973 г. Предварительно были «прорисованы» наиболее сложные фрагменты аэродинамической и конструктивно-компоновочной схем всех основных агрегатов. Проработки показали реальность создания нового варианта компоновки.

Разработка «пакетного» варианта по времени совпала со сроками начала углубленной проработки самолета в отделах ОКБ. На практике это привело к тому, что этот проект стал первым детально проработанным вариантом компоновки с точки зрения размещения на нем всего заданного состава оборудования и вооружения.

С декабря 1973 г. в отделе проектов начался выпуск комплекта чертежей по новому варианту компоновки. При запуске в КБ он был обозначен как «пакетный вариант» Т-10, а внутри отдела проектов фигурировал под шифром Т10/6.

Как и на базовой схеме, в «пакетном» варианте была применена идеология создания несущего корпуса, образованного фюзеляжем с развитым корневым наплывом и консолями крыла оживальной формы, имеющих единую неразрывную переднюю кромку. Все основные геометрические параметры аэродинамической компоновки и законы формирования базовой несущей поверхности остались неизменными, и практически идентичными тем, что в тот момент были приняты для интегрального варианта. Основные отличия касались компоновки силовой установки. Двигатели собрали и разместили в единой гондоле, установленной под несущим корпусом. При этом за счет снижения омываемых поверхностей мотогондол планировалось обеспечить существенное уменьшение общей омываемой поверхности самолета. Другим преимуществом новой компоновки считалась возможность за счет организации более длинного воздухозаборника улучшить протекание графика площадей поперечных сечений в зоне «провала» за фонарем кабины пилота.

Общий вид Т10/6 (2-я редакция)

Особенностью «пакетного» размещения двигателей в единой гондоле являлось применение единого центрального регулируемого воздухозаборника, разделенного по оси симметрии на две половины, каждая из которых питала свой двигатель. Входное устройство имело вертикальные поверхности торможения в виде стандартного трехступенчатого клина. Большая длина воздушного канала гарантировала высокие характеристики стабильности потока на входе в двигатель.

Размещение основных опор шасси было выполнено по бокам гондол, с уборкой в ниши, закрываемые обтекателями, расположенными в стыке между гондолой и несущим корпусом. Логичным решением являлась и организация в данном варианте хвостовых балок, на которых располагалось оперение. Передняя опора шасси размещалась под воздухозаборником и убиралась в отсек между поверхностями торможения. Меньшая высота передней опоры «обещала» существенное снижение ее массы.

Головная часть фюзеляжа имела достаточно традиционную компоновку, изменения были связаны лишь с переносом отсюда места установки передней опоры шасси, что привело к необходимости пересмотра схемы эксплуатационных подходов к БРЭО. Оборудование, как и ранее, размещалось в подкабинном и закабинном отсеках, а обслуживалось через люки в нижней части ГЧФ и на боковых поверхностях фюзеляжа. Интересным решением являлась также проработка размещения на самолете встроенной выдвижной телескопической стремянки, предназначенной для входа и выхода экипажа из кабины, и размещаемой в убранном положении в нижней части закабинного отсека. Предусматривалось бронирование задней стенки кабины.

Консоли крыла — кессонной конструкции, с топливным баком в корневой части. Механизация, как и прежде, состояла из поворотного однощелевого закрылка и элерона. В конструкции крыла, ВО и ГО планировалось широко использовать композиционные материалы. Интересно отметить, что привода стабилизаторов размещались внутри кессонов килей, а привода рулей направления — в хвостовой части балок.

Силовая установка включала два двигателя АЛ-31Ф с нижней коробкой приводов, съем двигателей в эксплуатации предусматривался опусканием вниз, с предварительной отстыковкой форсажной камеры и размыканием силовых шпангоутов мотоотсека. Максимальный внутренний запас топлива составлял 8500 кг, при расчетном запасе 5350 кг, подвесных баков не предусматривалось. Для защиты от пожара в мотоотсеке устанавливалась система сигнализации пожара и противопожарная система. Для повышения боевой живучести предусматривался ряд дополнительных мероприятий, в т. ч. протектирование нижней поверхности расходного бака и установка в топливных баках пенополиуретана (гидрофобного поропласта).

Вооружение размещалось на 6 точках подвески, максимальную массу боевой нагрузки, исходя из необходимости ограничения размерности самолета, установили равной 2000 кг.

Весной 1974 г. в 100-м отделе началась разработка новой редакции компоновки Т10/6. Для снижения миделя на ней постарались максимально «обжать» поперечные сечения мотоотсека за счет уменьшения строительных высот силовых шпангоутов ХЧФ. В связи с этим поменялась система съема двигателей в эксплуатации — теперь они выкатывались назад по специальным профилированным рельсам, а не опускались вниз. Основным внешним отличием новой редакции схемы Т10/6 стало уменьшение размеров хвостовых балок, предпринятое для улучшения графика площадей поперечных сечений за миделем самолета. Вертикальное оперение «переехало» на мотогондолы и было установлено с развалом во внешние стороны под углом 15°. Вместо одного тормозного щитка на верхней поверхности фюзеляжа применили два щитка, установленных на обтекателях основных опор шасси. При этом они одновременно выполняли функции створок основных опор. В рамках работ по Су-27 такая схема, позаимствованная с Су-24, была применена в первый раз, однако на практике, она принесла только неудобства.

Продувочную модель 13Т10-6 в первоначальном варианте компоновки изготовили в марте 1974 г., и отправили в ЦАГИ. Результаты исследований были получены к началу лета 1974 г., но они оказались неутешительны. Да, на дозвуке удалось несколько снизить коэффициент лобового сопротивления и незначительно повысить качество, но одновременно при этом существенно ухудшились несущие свойства на больших углах атаки. Выяснилось также, что на сверхзвуке рост волнового сопротивления был даже выше, чем для исходной интегральной схемы. Полученных результатов было вполне достаточно для того, что сделать вывод о бесперспективности выбранной схемы пакетного варианта компоновки.

Сравнительная схема топливных емкостей двух вариантов компоновки Т10/6

Анализ результатов продувок привел к выводу, что ухудшение аэродинамических характеристик пакетного варианта являлось следствием нескольких особенностей выбранной схемы. Снижение несущих свойств компоновки отнесли за счет уменьшения вклада в подъемную силу от несущего корпуса, связанного с размещением под ним мотогондолы. На величину лобового сопротивления отрицательное влияние оказывали более «крутые» обводы закабинной части фюзеляжа, что объяснялось необходимостью поднять и «разогнуть» ГЧФ для исключения ее влияния на воздухозаборник, а также увеличение миделя.

К отрицательными сторонами пакетной компоновки можно отнести:

— повышенную вероятность неустойчивой работы воздухозаборника при полете со скольжением, а также возможность взаимовлияния двух близкорасположенных заборников друг на друга;

— большую, по сравнению с исходной компоновкой длину и массу входного устройства;

— снижение общего количества точек подвески вооружения, и т. д.

Отрицательный результат, полученный по материалам продувок модели, произвел на конструкторов ОКБ столь сильное впечатление, что данное направление работ было признано тупиковым. В результате, к лету 1974 г. все работы по Т10/6 были полностью свернуты, а продувочная модель 13Т10-6 никогда более не использовалась для сравнительных испытаний.

И все же, следует сказать, что работы по Т10/6 позволили рассмотреть еще один альтернативный вариант аэродинамической схемы. На спроектированном самолете все основные компоновочные вопросы решались без особых проблем, при этом получался истребитель с приемлемым уровнем характеристик. Однако, по сравнению с интегральным вариантом компоновки, никаких преимуществ он не имел.

Статья подготовлено по материалам книги П. Плунского, В. Антонова, В. Зенкина, Н. Гордюково и И. Бедретдинова «Истребитель Су-27. Начало истории».