Сверхзвуковые самолеты

Текст добавлен: 21 сентября 2016, 15:18

Текст книги "Сверхзвуковые самолеты"

Автор книги: Эдмунд Цихош

Жанры:

Транспорт и авиация

сообщить о нарушении

Текущая страница: 20 (всего у книги 42 страниц)

Назад к карточке книги

«Скайрокет» D-558-II фирмы «Дуглас»-одноместный экспериментальный самолет с комбинированной двигательной установкой – США, 1948 г.

История создания. Уже в 1945 г. фирма «Дуглас» начала заниматься исследованием явлений, присущих сверхзвуковым скоростям полета. На первом этапе совместно с NACA был спроектирован и изготовлен опытный самолет D-558-I «Скайстрик». Это был типичный для того времени среднеплан с прямым крылом ламинарного профиля с относительной толщиной 10%. Самолет был предназначен для исследования и измерения аэродинамических нагрузок, действующих на самолет при околозвуковом полете, поскольку измерение таких нагрузок в аэродинамической трубе оказалось в то время еще невозможным. 25.08.1947 г. на самолете D-558-I был установлен абсолютный рекорд скорости полета 1047,5 км/ч. На втором этапе исследований по заказу военно-морской авиации США был изготовлен самолет модификации D-558-II «Скайрокет». Он предназначался для исследования стреловидного крыла при сверхзвуковых скоростях и прежде всего для определения предельного числа Маха, до которого возможно применение обычных, дозвуковых профилей.

Облет первого из трех опытных образцов самолета был осуществлен 4.02.1948 г. В этом же году были начаты летные исследования, которые на начальном этапе включали определение устойчивости и управляемости самолета при околозвуковых скоростях без использования двигательной установки. На следующем этапе исследований проводились полеты в более широком диапазоне чисел Маха. Во время их проведения были собраны ценные аэродинамические данные, характеризующие, в частности, сопротивление самолета, максимальную подъемную силу, критические режимы по скорости и углам атаки, изменение устойчивости и управляемости. Были также получены сведения о распределении давления по поверхности самолета, усилиях в системе управления, распределении напряжений в конструкции, температуре обшивки, а также скорости, при которых наступает бафтинг оперения. На заключительном этапе работ один из самолетов был реконструирован для исследований влияния наружных подвесок (бомб, топливных баков и т.п.) при сверхзвуковом полете.

В процессе проведенных исследований были зарегистрированы следующие максимальные скорости и высоты полетов: в мае 1949 г. была достигнута скорость 1170 км/ч (М = 1,05) на высоте 7600 м; в августе 1951 г. была достигнута высота 20 800 м и скорость 1980 км/ч (М = 1,875); в августе 1953 г.-высота 25386, а в октябре – скорость 2040 км/ч (М = 1,96). Самолет D-558-II был первым пилотируемым летательным аппаратом, на котором 21.11.1953 г. была в два раза превзойдена скорость звука (М = 2,01, 2120 км/ч). Полученные результаты являются тем более интересными, что самолет «Скайрокет» со своим дозвуковым крылом (угол стреловидности 35°) проектировался на максимальную скорость, соответствующую M = 1,4.

Описание самолета. «Скайрокет» представляет собой среднеплан со стреловидным крылом, имеющим отрицательное поперечное V. В конструкции крыла использованы обычные дозвуковые профили с закругленным носком и относительной толщиной 10%. Угол стреловидности (по линии фокусов) составляет 35°, а удлинение крыла выбрано равным 3,57. Крыло снабжено автоматическими предкрылками и обычными элеронами с весовой балансировкой. Фюзеляж самолета полумонококовой конструкции, выполненный из сплавов алюминия, имеет диаметр 1525 мм в миделевом сечении. Горизонтальное и вертикальное оперение самолета стреловидное, классической схемы, с рулями высоты и направления. В передней части фюзеляжа размещена герметическая кабина пилота, которая в аварийных ситуациях отделяется от самолета (вместе с носовой частью фюзеляжа). В целях уменьшения сопротивления фонарь кабины на первом летном образце самолета вписывался в контур фюзеляжа. Однако при этом видимость из кабины оказалась недостаточной, вследствие чего фонарь был реконструирован в обычный (типовой), состоящий из выступающего козырька и обтекателя. Обшивка фюзеляжа выполнена преимущественно из магниевых сплавов. Трехопорное (трехстоечное) шасси убирается в фюзеляж.

Рис. 2.4. Экспериментальный самолет D-558 с работающими ракетными ускорителями в полете.

Рис. 2.5. Модифицированный опытный образец D-558-II.

Рис. 2.6. Проекции экспериментального самолета «Скайрокет» D-558-II.

В целях измерения характеристик полета и состояния конструкции самолет был оснащен измерительным оборудованием общей массой 2830 кг. Кроме того, использовались специальные манометры, измеряющие давление в 400 точках поверхности крыла и оперения, а также 904 тензодатчика для измерения сил в системе управления и напряжений в элементах планера. Результаты измерений и показания приборов автоматически регистрировались осциллографом и пятью кинокамерами.

Двигательная установка. На самолете используется комбинированная двигательная установка, состоящая из турбореактивного двигателя J-34 (W24C) фирмы «Вестингауз» со статической тягой 13,34 кН (1360 кГ) и жидкостного ракетного двигателя 6000С фирмы «Риэкшн моторз» с четырьмя камерами сгорания тягой 6,67 кН каждая (полная тяга 26,67 кН примерно постоянна на всех высотах). Турбореактивный двигатель обеспечивает взлет, полет в области околозвуковых скоростей и посадку, а ракетный двигатель предназначается исключительно для увеличения тяги при проведении исследований в области сверхзвуковых скоростей в течение нескольких минут. Для достижения рекордных скоростей полета в 1951 г. на одном из этих самолетов вместо ТРД был установлен топливный бак, позволивший в два раза увеличить время работы жидкостного ракетного двигателя.

Турбореактивный двигатель располагается в средней части фюзеляжа, а ракетный-в хвостовой. Боковые воздухозаборники установлены в нижней передней части фюзеляжа, а два выхлопных сопла-в его нижней части, за задней кромкой крыла. При полете на ТРД сопла ракетного двигателя закрываются специальным конусообразным обтекателем, представляющим собой хвостовую часть фюзеляжа. Взлет самолета осуществляется с помощью двух стартовых твердотопливных ускорителей, установленных по бокам фюзеляжа и сбрасываемых после сгорания топлива. Для полета на высоте около 10 500 м в качестве носителя использовался тяжелый бомбардировщик В-29.

Летно-технические данные

Размах крыла, м 7,62

Угол стреловидности, ° 35

Длина, м 13,8

Высота, м 3,5

Площадь несущей поверхности, м2 16,26

Нормальная взлетная масса, кг 9000

Удельная нагрузка на крыло, кг/м2 553

Отношение массы самолета к тяге, кг/даН

– без ракетного двигателя 6,73

– с ракетным двигателем 2,24

Максимальное число Маха 2,01

Максимальная скорость, км/ч 2120

Посадочная скорость, км/ч 240

Потолок, м 25386

Х-3 фирмы «Дуглас»-одноместный экспериментальный самолет с турбореактивным двигателем-США, 1952 г.

Рис. 2.7. Экспериментальный самолет Х-3.

История создания. Заключенный в 1947 г. фирмой «Дуглас» контракт предусматривал проектирование и строительство самолета для исследований свойств трапециевидных крыльев с малым удлинением и аэродинамического нагрева при полетах со скоростями ? = 2,0-^3,0. Работы по созданию самолета, обозначенного Х-3, продолжались пять лет. За это время фирма исследовала свыше 60 вариантов различных аэродинамических и компоновочных схем самолета и все доступные типы двигательных установок, включая и комбинированные. В своем выборе специалисты остановились на классической схеме планера и двигательной установке, состоящей из двух разработанных к этому времени турбореактивных двигателей J46 фирмы «Вестингауз» с тягой 31,14-37,75 кН. В период создания опытного образца самолета был увеличен диаметр двигателей, и они оказались непригодными для самолета, что привело к необходимости использования двигателей примерно в два раза меньшей тяги. Это не могло не сказаться на характеристиках Х-3, который превратился в самолет, едва достигающий околозвуковой скорости, и был пригоден только для исследования вибраций типа бафтинга. С самолетом Х-3 ВВС США связывали большие надежды, так как считалось, что он должен сыграть важную роль в повышении боевой мощи авиации противовоздушной обороны. Исходя из этих соображений, все данные, касающиеся этого самолета, вначале были тщательно засекречены. После же получения неудовлетворительных результатов испытаний их вообще не стали публиковать.

Создание опытного образца самолета было закончено в ноябре 1951 г. Однако вследствие замены двигательной установки и связанных с ней модификаций конструкции первый полет самолета был совершен 20 октября 1952 г. Испытания проводились до конца 1956 г. В одном из полетов была достигнута максимальная скорость, соответствующая M = 1,25. В процессе проведения исследований выяснилось, что из-за низкой тяговооруженности, большой удельной нагрузки на крыло и высоких скоростей взлета и приземления самолет является небезопасным в эксплуатации, особенно во время взлета и посадки.

Описание самолета. Х-3 представляет собой выполненный по классической схеме среднеплан с прямым трапециевидным крылом, изготовленным с применением ромбовидных профилей относительной толщины около 3% (максимальная толщина расположена на 2/3 хорды).

Крыло оснащено носовыми щитками, элеронами и щелевыми закрылками с внешними узлами навески, размещенными в удлиненных подкрыльевых обтекателях. Благодаря тому что фюзеляж имеет вытянутую переднюю часть, почти треугольное поперечное сечение и балочное завершение, самолету Х-3 было дано прозвище «летающая авторучка». Кабина пилота вписана в геометрический контур средней части фюзеляжа и оснащена ветрозащитным козырьком треугольного сечения, выполненным из двух пластин органического стекла. Кресло пилота (смещенное назад и влево от оси симметрии) в случае аварии катапультируется вниз; оно оборудовано двумя стабилизаторами и автоматом, отделяющим пилота от кресла на высоте 3400 м. При покидании самолета на меньших высотах отделение пилота от кресла происходит по истечении 3 с после катапультирования. Поскольку при расчетной скорости полета (3 М) может произойти значительное повышение температуры конструкции, возникла необходимость использования в кабине кондиционера с водяным испарителем, а также искусственного охлаждения передней части фюзеляжа с помощью принудительной циркуляции топлива под обшивкой. Хвостовое оперение-симметричное, нормальной схемы с управляемым стабилизатором и рулем направления. Управление осуществляется с помощью необратимого гидропривода. Трехопорное шасси с одинарными колесами полностью убирается в фюзеляж.

Рис. 2.8. Проекции экспериментального самолета Х-3.

Самолет Х-3, проектировавшийся как летающая аэродинамическая лаборатория, был оснащен разнообразной контрольно-измерительной и регистрирующей аппаратурой общей массой около 550 кг. Давления измерялись в 850 точках поверхности самолета, механические напряжения-в 185 точках, а температура – в 150 точках.

Двигательная установка. Два турбореактивных двигателя J34-WE-17 фирмы «Вестингауз» тягой 18,63 кН (1900 кГ) каждый с форсажной камерой размещены в средней части фюзеляжа рядом в горизонтальной плоскости. Между двигателя

ми расположен топливный бак. Боковые нерегулируемые воздухозаборники плоско-овального сечения находятся в верхней части фюзеляжа, непосредственно за кабиной пилота. Воздухозаборники имеют щели для отвода пограничного слоя с поверхности фюзеляжа. Сопла двигателей, также регулируемые, расположены в конце средней части фюзеляжа, под балочным кронштейном крепления оперения.

Летно-технические данные

Размах крыла, м 6,91

Длина, м 21,78

Высота, м 3,80

Площадь несущей поверхности, м2 15,25

Масса пустого самолета, кг 6 800

Взлетная масса (ном./макс.), кг 12250/13600

Удельная нагрузка на крыло (ном./макс.), кг/м 2 803/892

Отношение массы самолета (ном./макс.) к тяге при форсировании, кг/даН 2,28/3,65

Максимальное число Маха 1,25

Посадочная скорость, км/ч 320-350

МиГ-19-одноместный многоцелевой истребитель конструкции А. И. Микояна-СССР, 1952 г.

Рис. 2.9. Истребитель-перехватчик МиГ-19П польских ВВС.

История создания. В конце 1950-начале 1951 гг. конструкторские бюро А. И. Микояна, А. С. Яковлева и С. А. Лавочкина приступили к разработке всепогодных сверхзвуковых истребителей, способных выполнять боевые задачи в любое время суток. Первое бюро предложило проект И-360 (СМ-2), второе-Як-25, а третье JIa-200. Прототипом первого из них был И-350 (М), разработка которого началась в 1948 г. Это был однодвигательный (ТР-ЗА) самолет с углом стреловидности крыла 55°. Первый полет самолета был осуществлен 16.06.1951 г. В июле 1951 г. было принято решение о серийном производстве самолетов И-360 и Як-25, которые вместе с бомбардировщиком Ту-16 конструкции А. Н. Туполева в 50-х годах представляли собой основу боевой мощи советской военной авиации.

В самолете И-360 (СМ-2), который при серийном производстве получил обозначение МиГ-19, используются два двигателя А М-25 конструкции А. А. Микулина. В первом полете, осуществленном 27.05.1952 г., была развита скорость, соответствующая ? = 1,1. Использование модифицированных двигателей АМ-5Ф позволило повысить полетное число Маха до 1,4. Во время опытных полетов, выполнявшихся в 1953-1954 гг., была достигнута максимальная скорость 1650 км/ч при динамическом потолке около 20 000 м. Применение в последующем ракетного ускорителя позволило достичь скорости 1930 км/ч и потолка 24 000 м. Облет предсерийного самолета СМ-9 был совершен 5.01.1954 г., а 3.07.1955 г. самолет впервые был показан на воздушном параде в Тушино.

Кроме СССР, МиГ-19 был принят на вооружение военной авиацией Польши, Чехословакии, Венгрии, Болгарии, Кубы, КНР. Производство этого самолета было налажено также в Чехословакии (под обозначением S-105) и в Китайской Народной Республике («Сенянь» F-6). Были разработаны и выпускались следующие модификации самолета:

– фронтовые истребители МиГ-19, МиГ-19С (получивший наиболее широкое распространение) и МиГ-19Ф;

– перехватчик МиГ-19П (способный действовать ночью и в неблагоприятных атмосферных условиях), МиГ-19ПМ и МиГ-19ПФ; -разведчик МиГ-19Р;

– опытные СМ-10 (с оборудованием для дозаправки топливом в полете), СМ-30 (нулевой старт с катапульты), СМ-12П (со сверхзвуковым воздухозаборником) и СМ-50 (с ракетными ускорителями).

Рис. 2.10. Компоновочная схема многоцелевого истребителя МиГ-19.

Разные модификации серийных самолетов отличались друг от друга применявшимися двигателями, вооружением и оборудованием, формой воздухозаборника, конструкцией фонаря кабины и горизонтальным оперением.

Указанные технические изменения, введенные в различные модификации самолета, позволяли добиться улучшения тех характеристик, которые для данной модификации являлись основополагающими. Так, использование дополнительного ЖРД на одной из модификаций истребителя-перехватчика позволило значительно увеличить скороподъемность и потолок самолета. В 1958 г. на этом самолете были достигнуты скорость 1720 км/ч и высота 17 400 м. Впоследствии жидкостный ракетный двигатель как менее удобный в эксплуатации был заменен твердотопливным с тягой 32 кН. Запуск двигателя мог быть осуществлен на любой высоте и скорости полета. Это позволило увеличить максимальную скорость до 1800 км/ч, а время подъема на высоту 20 000 м сократить до 8 мин. Для обеспечения нормальных условий работы пилота, особенно при повышенных скоростях полета, на самолетах использовались турбохо– лодильники, осуществляющие кондиционирование воздуха в кабине. В процессе доработки самолета для улучшения аэродинамических характеристик была увеличена до 58° стреловидность крыла и уменьшена его относительная толщина. С целью облегчения управления самолетом по тангажу и для выбора оптимальных углов поворота управляемого стабилизатора на различных скоростях полета в канале тангажа был установлен автомат регулировки управления.

Рис. 2.11. Истребитель МиГ-19С.

Эффективность истребителей-перехватчиков зависит не только от их летных характеристик и огневой мощи, но и во многом от внезапности, с которой они атакуют противника. Таким самолетом, неожиданно появляющимся перед неприятелем вдали от аэродромов, должен был стать истребитель-перехватчик безаэродромного взлета СМ-30. В 1956 г. после продолжительных работ по совершенствованию конструкции и аэродинамики самолета, а также его двигательной установки был осуществлен первый беспилотный старт самолета, для которого использовались передвижная катапульта и стартовый 400-кг пороховой ускоритель. Старт происходил при работающих в форсированном режиме основных двигателях. Позднее с модернизированной катапульты на этом самолете совершали полеты летчики-испытатели Шиянов Г. М., Иванов В. Г., будущий космонавт Береговой Г. Т. и другие.

Проведенные испытания показали перспективность использования такого самолета для нужд обороны и подтвердили безопасность воздействия перегрузок на организм летчика в момент старта. Однако ввиду нерешенной проблемы посадки самолета и появления в этот период времени высокоэффективных мобильных ракет класса земля-воздух дальнейшие работы над модификацией СМ-30 были прекращены.

Рис. 2.12. Проекции многоцелевого истребителя МиГ-19.

Описание самолета. МиГ-19 представляет собой построенный по классической схеме среднеплан со стреловидным крылом (55° по передней кромке), оснащенным закрылками, элеронами, интерцепторами и аэродинамическими гребнями. Профиль крыла имеет относительную толщину 8,73% в корневом сечении и 8% на концах. Закрылки с перемещаемой осью вращения (типа ЦАГИ) расположены в околофюзеляжных частях крыла; во время работы они выдвигаются назад приблизительно на 40% хорды.

В системе поперечного управления использованы элероны с внутренней аэродинамической компенсацией, а также интерцепторы, расположенные на нижней поверхности консолей крыла.

Интерцепторы взаимодействуют с элеронами таким образом, что при отклонении элерона вниз на этом же полукрыле выдвигается интерцептор. Вертикальное оперение – классическое, стреловидное, с рулем направления постоянной толщины. В опытных и первых серийных самолетах применялось классическое горизонтальное оперение, располагавшееся на киле, по аналогии с самолетами МиГ-15 и МиГ-17. Малая эффективность такого оперения при сверхзвуковых скоростях заставила разместить (начиная с модификации МиГ-19С) стабилизатор на фюзеляже и сделать его управляемым. В системе рулевого управления применены гидроусилители, питаемые от отдельной установки.

Вследствие использования в самолете двух– двигательной силовой установки его фюзеляж имеет в передней части круглое поперечное сечение, а в хвостовой овальное с уменьшающейся боковой поверхностью.

В целях повышения путевой устойчивости была увеличена площадь вертикального оперения за счет устройства килевого гребня, а также применения подфюзеляжного киля. Кабина пилота имеет стационарное переднее остекление и подвижной фонарь. В первых модификациях самолета использовался неразъемный, перемещаемый продольно фонарь; в последних же нашли применение фонари со стационарной задней и отодвигаемой в сторону передней частью.

Начиная с модификации МиГ-19С, в самолетах используются катапультируемые сидения с телескопическим выбрасывающим механизмом, обеспечивающим более безопасное покидание самолета при больших скоростях полета. Шасси трехстоечное с одинарными колесами. Передняя стойка убирается в носовую часть, главные стойки-в ниши крыла. Самолет (начиная с модификации С) оснащен трехсекционными тормозными щитками и тормозным парашютом, который располагается в отсеке нижней хвостовой части фюзеляжа.

Двигательная установка. В самолете использована система двух двигателей небольшого диаметра, расположенных в горизонтальной плоскости. На опытных экземплярах самолета применялись двигатели АМ-5 и АМ-5Ф, а в самолетах серийного производства – турбореактивные двигатели РД-9Б тягой 25,99 кН (2650 кГ) без форсирования и 31,87 кН (3250 кГ) с форсированием. Внутреняя топливная система (фюзеляжные и крыльевые баки) может быть дополнена двумя баками, подвешиваемыми под крылом. Воздухозаборник-центральный, нерегулируемый, с перегородкой, делящей входной канал на две части. Для обеспечения способности самолета в модификации МиГ-19П выполнять благодаря использованию бортовой РЛС ночные полеты в неблагоприятных атмосферных условиях оказалось необходимым переделать переднюю часть фюзеляжа. Эта переделка прежде всего коснулась воздухозаборника, где была помещена антенна. Поэтому пришлось изменить контур кромки заборника, выдвинув ее верхнюю часть вперед, а в перегородке разместить конусообразный обтекатель антенны.

Вооружение. Стационарное вооружение самолета состоит из трех (МиГ-19С) или двух (МиГ-19П) пушек НР-30 (калибр 30 мм), размещенных в околофюзеляжных частях крыла (с зарядными лентами, уложенными вдоль передней кромки), а также в перегородке воздухозаборника (самолет МиГ-19ПМ не имел стрелкового оружия). Самолет оснащен четырьмя подкрыль– евыми пилонами, на которых крепятся ракеты, бомбы и контейнеры со снарядами.