Авиация и космонавтика 2013 06

СУ-27 история создания

В майском номере журнала рассказывалось о том, как весной 1972 г. в процессе работ по созданию будущего истребителя Су-27 прорабатывалась так называемая «подмышечная» компоновочная схема Т10/4, которая была призвана объединить в себе все достоинства основных рассматриваемых вариантов компоновки — интегрального и традиционного. Двигатели на Т10/4 по сравнению с интегральным вариантом располагались гораздо ближе друг к другу, а сам фюзеляж был «провален» вниз.

В целом, компоновку Т10/4 следует признать довольно удачным вариантом альтернативной аэродинамической схемы, хотя большинство компоновочных вопросов на ней решалось старыми традиционными способами.

С 1973 г. изыскания по этому варианту компоновки продолжил Ю.В. Давыдов. Юрий Васильевич являлся активным сторонником внедрения в проектные работы «электронных технологий». Именно по его инициативе, в 1973 г., при исследовании нового варианта «подмышечной» схемы впервые при разработке геометрических обводов были использованы способы их задания с расчетом данных на ЭВМ. Но в 1973 г. завершить эту работу не удалось, т. к. основным на тот момент времени направлением было признано дальнейшее развитие интегрального и «пакетного» вариантов компоновок. Однако в 1974 г., в связи с определенными трудностями, возникшими при углубленной проработке этих компоновочных направлений, работы по «подмышечному» варианту были вновь возобновлены. К лету новый вариант схемы был в основных чертах проработан. Он получил обозначение «вариант 10», или просто Т10/10.

Как и положено для «подмышечной» схемы, фюзеляж Т10/10 в средней его части был существенно «опущен» вниз, в пространство между гондолами двигателей, но при этом сохранялась конструктивная схема высокорасположенного центроплана, балки которого размещались над воздушными каналами двигателей.

Применение осесимметричных воздухозаборников обеспечивало для «подмышечной» схемы гораздо более простую интеграцию с фюзеляжем и наплывом в части организации слива пограничного слоя. В свою очередь, меньшая длина воздушного канала обеспечивала снижение общей площади омываемой поверхности самолета и не предъявляла особых требований по части формы наплыва, как это имело место на компоновке типа Т10/4, с прямоугольными воздухозаборниками.

Компоновка Т10/10 (июнь-июль 1974 г.)

Увеличение разноса осей гондол до 3 м (по этому параметру компоновка Т10/10 стала абсолютным рекордсменом среди всех рассмотренных компоновочных схем) обеспечивало возможность в большей степени варьировать параметрами формообразования фюзеляжа в зоне наплыва, т. е. самой «проблемной» с точки зрения «протекания» графика площадей области между фонарем и миделем, где существовал «провал». Одновременно, за счет увеличения расстояния между гондолами, появилась реальная возможность увеличить количество точек подвески вооружения на фюзеляже и улучшить их аэродинамику. Этого добились путем организации двух параллельных «строчек» с тандемным размещением подвесок, при этом задние точки располагались в аэродинамической «тени» передних.

Основные опоры шасси крепились на мотогондолах. Ниши для их размещения в убранном положении были организованы в воздухозаборниках. Для этого входные устройства скомпоновали по аналогии с тем, как в свое время это было реализовано на самолетах типа Су-7 и Су-9, также имевших центральные осесимметричные воздухозаборники. Сразу за центральным коническим телом, играющим роль управляющего элемента входного устройства, был сформирован протяженный центральный обтекатель с вертикальными стенками, который делил воздушный канал на две симметричные половины. В наиболее широкой части этого обтекателя размещалась ниша основной опоры шасси. Кроме всего прочего, подобная схема основных опор из-за относительно малой высоты стоек обещала существенную экономию массы. Попутно при выбранной схеме отпадала необходимость организации на самолете обтекателей шасси и хвостовых балок. В результате кили и стабилизаторы на Т10/10 размещались на мотогондолах.

Интересно, что впервые в практике работ по Су-27, на самолете предлагалось использовать крыло без элеронов: на консолях были установлены только флапероны, которые должны были объединять в себе функции элеронов и закрылков.

К сожалению, работы по данному варианту компоновки не получили существенного развития, для него даже не стали строить продувочную модель. Таким образом не было получено реальных аэродинамических характеристик этой схемы. Возможно, это было связано с тем, что, несмотря на применение ряда интересных технических решений, были очевидны и недостатки этой компоновки:

— большая величина миделевого сечения самолета;

— малая степень интегральности между фюзеляжем и консолями крыла;

— худшие характеристики осесимметричных воздухозаборников при работе на больших углах атаки.

В результате, летом 1974 г., практически сразу после выпуска чертежа общего вида, работы по Т10/10 свернули в пользу представлявшегося на тот момент времени более перспективным нового варианта интегральной схемы Т10/11.

Общий вид Т10/11, сентябрь 1974 г.

Компоновочная схема Т10/11

По свидетельству очевидцев, происхождение этой компоновки имело полуанекдотический характер. Идея, которая заключалась в размещении стоек основных опор шасси в хвостовых балках, пришла начальнику бригады 100-3 Л.И. Бондаренко в голову во время его летнего отпуска в Одессе, на берегу Черного моря. В результате, с легкой руки остряков из 100-го отдела, новый вариант окрестили «одесским» — по месту его «происхождения». Тем не менее идея понравилась, результатом чего стало появление на свет летом 1974 г. так называемой «11-й редакции» компоновки (Т10/11), которая была достаточно глубоко проработана.

В целом, компоновка Т10/11 являлась одним из вариантов интегральной схемы с разнесенными изолированными гондолами двигателей. На ней были применены осесимметричные цилиндрические воздухозаборники, но, в отличие от более ранних вариантов компоновки, где не учитывалась присущая этому заборнику меньшая длина канала, здесь решили воспользоваться предоставленной возможностью, и несколько «сократить» общую длину самолета. Для обеспечения лучшей интеграции цилиндрических воздухозаборников с фюзеляжем, обводы нижней поверхности фюзеляжа в районе передней баковой группы и центроплана были выполнены криволинейными — с полукруглой нижней частью.

Уборка основных опор шасси по направлению назад, в хвостовые балки, привела к тому, что, в отличие от схемы типа Т10/7, клин слива погранслоя на воздухозаборниках оказался геометрически «развязан» с обтекателями основных опор. Для размещения основных опор в убранном положении полностью внутри балок, стойки шасси были оснащены «менее габаритными» колесами — спаркой колес с размерами 720x240 мм. Но даже этот минимально возможный типоразмер колес при размещении внутри балок привел к необходимости существенного увеличения их ширины и площади поперечного сечения. Причем не только в зоне размещения ниши колес, но и по всей длине балок, вплоть до законцовок. В результате, для того чтобы обеспечить необходимые углы схода потока в хвостовой части фюзеляжа, балки имели длинные стекатели, выходящие за обрез сопел двигателей. Створки ниш основных опор шасси одновременно выполняли функции тормозных щитков. Кили и стабилизаторы на Т10/11 размещались на хвостовых балках, причем для «выправления» графика площадей — с некоторым сдвигом вертикального оперения вперед относительно ЦПГО.

Кроме этого, по «заказу» аэродинамиков, на самолете существенно видоизменили форму корневого наплыва. Вдобавок к обводам исходного сравнительно «тупого» наплыва, прямо по его передней кромке была «пристроена» конструкция затянутого вперед (почти до носа фюзеляжа) острого «готического» в плановой проекции наплыва. Этим, по сути, и ограничивались отличия схемы Т10/1 1 от более ранних вариантов интегральной компоновки.

Существенным недостатком схемы Т10/11 являлось то обстоятельство, что, несмотря на увеличенное поперечное сечение хвостовых балок, в зоне ниши колес они, по сути, «разрезались» этими самыми колесами надвое, не оставляя места для силовых элементов конструкции. А ведь хвостовые балки в этой компоновке играли весьма существенную роль, выступая в роли платформы для размещения вертикального и горизонтального оперения. Нагрузки от оперения должны были передаваться на силовой контур балок, а с него — на мотогондолы. Но в месте размещения колес основных опор шасси контур, по сути, размыкался, и кручение с балок передавать было просто некуда.

В результате, несмотря на достаточную глубину проработки, работы по данному варианту компоновки не получили существенного развития. Также как и в случае с Т10/10, для него не стали делать полной продувочной модели. Поскольку изменения, реализованные в данной компоновке, касались, в основном, только хвостовой части фюзеляжа, было решено оценить их на сопловой модели, для чего была изготовлена и испытана модель СТ10-3. Испытания этой модели показали наличие существенных потерь эффективной тяги сопла на дозвуковых скоростях полета. Другим ограничивающим фактором являлись сроки проведения работ: близился конец года, т. е. директивный срок окончания поисковых работ на этапе ОКР.

Появление еще одной компоновки Т10/12 стало результатом: с одной стороны — неудовлетворенности проектировщиков итогами работы по схеме Т10/10 с осесимметричными воздухозаборниками, а с другой стороны — желания попробовать реализовать в «подмышечной» компоновке новое техническое решение в виде схемы уборки шасси назад, в хвостовые балки, опробованное на Т10/11.

Сопловая модель СТ10-3

Таким образом, в конце 1974 г., продолжался поиск новых технических решений для «подмышечной» схемы. Проектирование нового варианта компоновки, обозначенного как «12 редакция» Су-27 (Т10/12) возглавил Ю.В. Давыдов, под его началом работали B.C. Присяжнюк и В.Я. Шмелев. Но вскоре после начала работ выявились разногласия конструкторов во взглядах на аэродинамическое и конструктивнокомпоновочное оформление схемы. В результате стали параллельно рассматривать сразу два варианта компоновки Т10/12.

В целом, оба варианта имели много общего. Общим характерным признаком «подмышечной» схемы являлось «понижение» уровня фюзеляжа относительно плоскости хорд крыла. С учетом существенно меньшего (всего 1,8 м), чем на интегральных вариантах компоновки, разноса осей двигателей, фюзеляж в средней его части приобретал признаки скорее «обособленного», чем интегрального варианта. Поэтому очень важную роль играл выбор конструктивно-силовой схемы фюзеляжа. В связи с этим интересно отметить, что на Т10/12 отказались от традиционного варианта центроплана, под который «подвешиваются» остальные элементы конструкции. Силовая схема средней части фюзеляжа Т10/12 была во многом «позаимствована» с американского F-15, фотографии шпангоутов, и других фрагментов фюзеляжа которого к тому времени уже были опубликованы в открытой печати.

Другим отличительным признаком Т10/12 стало возвращение к воздухозаборникам прямоугольного сечения с верхним клином торможения. Таким образом, можно сказать, что вариант Т10/12 стал прямым наследником схемы Т10/4, но в несколько большей размерности и на более высоком техническом уровне проработки. Поэтому и проблемы, с которыми пришлось столкнуться, оставались аналогичными тем, с которыми столкнулись на Т10/4. Это касалось, прежде всего, сложности интеграции прямоугольных воздухозаборников с фюзеляжем.

Одинаковой для обоих вариантов выбрали и схему уборки основных опор шасси — движением назад, с размещением в хвостовых балках увеличенного сечения, т. е. аналогично «одесскому» варианту компоновки Т10/11.

Разница заключалась в компоновке хвостовых балок в зоне за нишей колес основных опор. Один вариант самолета предусматривал размещение на балках килей и цельноповоротных стабилизаторов, а в другом варианте на балках устанавливалось только горизонтальное оперение, а кили размещались на мотогондолах с развалом под углом 15° во внешнюю сторону. В остальном различия между обоими вариантами схемы были незначительны.

Конечно, для Т10/12 существовали «слабо» проработанные места. Одним из таких элементов, как и в варианте Т10/11, являлась конструкция хвостовых балок. Кроме того, слабо изученными для этого варианта компоновки являлись вопросы организации щелей слива пограничного слоя вокруг воздухозаборника. Однако не было сомнений, что при должном уровне доработки элементов, этот вариант (равно как и некоторые другие альтернативные схемы) вполне можно было довести до рабочего проекта. Для этого не хватало только одного — времени. Над руководством отдела проектов по- прежнему довлели сроки выполнения работ: приближался конец 1974 г., когда в соответствии с графиком, необходимо было окончательно определиться с выбором варианта для этапа рабочего проекта. Вот почему работы по варианту Т10/12 к концу года были свернуты. Продувочных моделей для него не строилось, что не позволило определить реальные преимущества (или недостатки) этой схемы. Таким образом, создание компоновки Т10/12 стало, по сути, последним этапом поисковых работ в отделе проектов на этапе предэскизной проработки самолета.

Общий вид Т10/12, ноябрь 1974 года

В целом, следует признать, что этап предэскизной проработки Су-27 завершился успешно. В ОКБ достаточно подробно проработали 8 вариантов компоновки Су- 27: четыре в рамках развития базовой интегральной аэродинамической схемы и четыре альтернативных варианта. Для пяти из них были построены полные продувочные модели, которые исследовались в АДТ ЦАГИ, ряд компоновочных решений изучался на частных моделях воздухозаборника и хвостовой части. По результатам исследования альтернативных вариантов компоновки были показаны существенные преимущества базового (интегрального) варианта схемы в части обеспечения максимальных значений качества и снижения индуктивного сопротивления в трансзвуковой зоне. Одновременно удалось найти достаточно удачное решение схемы шасси. Конечно, существовали и проблемные вопросы, такие, к примеру, как большое значение миделя, а также обеспечение балансировки на больших углах атаки, но аэродинамики ОКБ были уверены, что с этими проблемами ОКБ вполне по силам справиться.

Подводя итоги, следует все же заметить, что в 1974 г. новый руководитель темы большую часть времени уделил поиску альтернативных вариантов компоновочной схемы, для чего постоянно отвлекались большие силы проектного отдела КБ. Зачастую это осуществлялось в ущерб углубленной проработке базового, интегрального варианта компоновки, который уже продемонстрировал в продувках хорошие результаты. В 1975 г. предполагалось начало рабочего проектирования, и более правильным было бы, наверное, приложить максимум усилий для решения основных проблемных вопросов, выявившихся в ходе работ по компоновке Т10/7, например, для уточнения конструктивно-компоновочной схемы центроплана, более подробной проработки аэродинамики самолета и т. д. Нерешенность подобных вопросов привела в дальнейшем к тому, что рабочее проектирование самолета велось в условиях существенной неопределенности по выбору некоторых проектных параметров.

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

Продолжение следует