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: 21 (всего у книги 42 страниц)

Назад к карточке книги

«Тридан» фирмы SNCASO – одноместный истребитель-перехватчик– Франция, 1953 г.

Рис. 2.13. Истребитель-перехватчик «Тридан» I.

История создания. В начале 50-х годов французская промышленность приступила к созданию серии легких истребителей различных аэродинамических схем с прямыми, стреловидными и треугольными крыльями, с реактивными двигателями различных типов (газотурбинными, ракетными и т.п.), в том числе с комбинированными двигательными установками. Первым из этой серии был опробован самолет «Тридан», а впоследствии и самолеты «Жерфо», «Гриффон» фирмы «Нор», «Мираж» фирмы «Дассо», «Дюрандаль» фирмы «Сюд-Уэст» и 022 фирмы «Ледюк». Свои первые работы над самолетом-перехватчиком с большой скороподъемностью фирма SNCASO (Национальное авиационное промышленное объединение «Сюд– Уэст») начала в 1948 г. Результатом разработок явился самолет S.0.9000 «Тридан» (названный впоследствии «Тридан» I) с комбинированной (турборакетной) двигательной установкой, на котором 2 марта 1953 г. совершен пробный полет. В декабре 1955 г. самолет достиг скорости, соответствующей M = 1,7.

На основе результатов летных испытаний двух опытных образцов в 1954 г. были заказаны два других экземпляра усовершенствованной конструкции S.0.9050 «Тридан» II. Испытание первого из них (с турбореактивным двигателем) прошло 17 июля 1955 г., а 21 декабря начались полеты самолета и с ракетным двигателем. В 1955 г. фирма получила заказ на изготовление 6 самолетов для эксплуатационных испытаний (облет первого из них состоялся 3.05.1957 г.). Во время полетов была достигнута расчетная скорость (в горизонтальном полете равная ~ 2000 км/ч), а также установлено несколько мировых рекордов по скороподъемности и высоте. В процессе летных испытаний произошли две катастрофы (в 1956 г.-во время посадки, а в 1957 г.-во время взлета), которые, по всей вероятности, повлияли на то, что в серийное производство был принят самолет «Мираж», хотя предполагалось, что «Тридан» II станет основным типом истребителя-перехватчика в системе воздушной обороны стран Западной Европы.

Описание самолета. «Тридан» I представляет собой построенный по классической схеме средне– план с прямым крылом малого удлинения, оснащенным элеронами (размах 0,8 м, хорда 0,6 м) и закрылками. Профиль крыла имеет постоянную хорду 2,4 м и относительную толщину 4%. Элероны включены в систему управления параллельно с дифференциальным стабилизатором. При испытаниях было отмечено, что поперечная управляемость самолета лучше расчетной. Поэтому уже во время их проведения было уменьшено передаточное отношение с целью уменьшения отклонения элеронов на 1/3, а затем на 2/3. В конце концов элероны были сделаны неподвижными. Поэтому крыло самолета «Тридан» II оснащено только закрылками, расположенными по всему размаху, так что поперечное и продольное управление обеспечивается работой дифференциального горизонтального оперения, имеющего отрицательный угол поперечного V 12°. Другой характерной особенностью самолета «Тридан» является наличие поворотного киля, причем все три плоскости хвостового оперения с точки зрения конструкции и размеров совершенно идентичны (все они имеют оси поворота, расположенные на 1/3 хорды от носка) и взаимозаменяемы. Привод органов управления выполнен по необратимой схеме.

В фюзеляже веретенообразной формы с конической передней частью находятся кабина пилота, топливные баки, ракетный двигатель. В самолете «Тридан» I была применена негерметичная кабина (пилот для полета надевал специальный комбинезон), представляющая собой одно целое с конической передней частью фюзеляжа, которая в аварийных ситуациях могла отделяться от самолета и стабилизироваться специальным парашютом. Такое стабилизированное падение должно было продолжаться до определенной высоты, на которой открывался основной парашют. Удар в момент приземления должен был амортизироваться вонзающимся в землю остроконечным носом фюзеляжа. В отличие от этой системы на самолете «Тридан» II применены герметичная кабина и катапультируемое сидение. Расположенные в средней части фюзеляжа баки горючего и окислителя закреплены таким образом, что в случае аварийной ситуации во избежание взрыва они также катапультируются. Трехстоечное шасси с одинарными колесами полностью убирается вперед, в фюзеляж. Шасси обеспечивает использование самолетом неподготовленных аэродромов с травяным покрытием. Фюзеляж самолета имеет полумонококовую конструкцию, а консоли крыла и оперение выполнены по двухлонжеронной схеме. В самолете широко используются клееные конструкции (особенно при изготовлении многослойной обшивки).

Рис. 2.14. Носовая часть фюзеляжа истребителя «Тридан» II.

Рис. 1.15. Проекции истребителя «Тридан» II S.0.9050.

Двигательная установка. Силовая установка комбинированного типа состоит из двух турбореактивных двигателей, размещенных в гондолах на концах крыла, и ракетного двигателя, установленного в хвостовой части фюзеляжа. Ракетный двигатель может работать с различным числом включенных камер и является основным в двигательной установке, тогда как выполняющие вспомогательную функцию турбореактивные двигатели облегчают старт и подъем, обеспечивают полет на малых скоростях, посадку и т.п. Применение форсажных камер в турбореактивных двигателях резко изменило ситуацию. В результате ЖРД стал выполнять функции вспомогательного двигателя, обеспечивающего необходимую тягу во время подъема и максимальную скорость в горизонтальном полете. На опытных образцах самолета «Тридан» I устанавливались турбореактивные двигатели без форсажных камер фирмы «Тюрбомека» «Марбор» II тягой 3,92 кН (400 кГ) и трехкамерный ракетный двигатель SEPR 251 с максимальной тягой 3912,26 кН (3750 кГ) и временем работы до 4,5 мин. В самолетах «Тридан» II были применены турбореактивные двигатели с форсажными камерами-сначала «Вайпер» (MD.30) фирмы «Армстронг сиддли» тягой 7,35 кН (750 кГ), а затем (начиная с четвертого летного образца) «Габизо» фирмы «Тюрбомека» тягой 10,79 кН (1100 кГ) без форсирования и 14,71 кН (1500 кГ) с форсированием, а также двухкамерный ракетный двигатель SEPR 631 с максимальной тягой 29,42 кН (3000 кГ). Таким образом, «Тридан» II стал первым самолетом, у которого значение тяги в момент старта превышало взлетный вес.

Летно-технические данные «Тридан» I «Тридан» II

Размах крыла, м 8,15 6,86

Длина, м 14,0 12,95

Высота, м 3,13 3,13

Площадь несущей поверхности, м2 9,2 14,5

Масса пустого самолета, кг – 2625

Нормальная взлетная масса, кг 5000 5150

Масса самолета при посадке, кг 3000 -

Масса топлива во внутренних баках, кг 2265 –

Номинальная удельная нагрузка на крыло, кг/м2 543 355

Удельная нагрузка на крыло при посадке, кг/м2 – 207

Номинальное отношение массы самолета к тяге при форсировании, кг/даН 1,12 0,88

Максимальное число Маха 1,7 2,0

Максимальная скорость полета, км/ч – 2000

Посадочная скорость, км/ч – 180

Вертикальная скорость, м/с – 100

Время подъема на высоту 15 000 м, мин – 2,5

Потолок (практ./ /макс.), м …/18000 18 000/(22000– 25000)

Длина разбега, м – 500

Длина пробега, м – 500

Х-2 фирмы «Белл» – одноместный экспериментальный самолет с ракетным двигателем-США, 1953 г.

Рис. 2.16. Экспериментальный самолет Х-2.

История создания. После проведения первой серии испытаний самолетов Х-1 фирма «Белл» совместно с Национальным координационным комитетом по авиации NACA и ВВС США приступила в 1949 г. к проектированию самолета для исследования аэродинамических и термодинамических явлений при полетах с ? 3. При этом предполагалось, что по мере совершенствования самолета он сможет достигать высоты в диапазоне 30-60 км, когда во второй половине полета тяга двигателя будет больше веса самолета. Первый опытный образец Х-2 был построен в 1952 г., и после выполнения нескольких планирующих полетов в 1953 г. (носителем являлся самолет «Боинг» В-50) был осуществлен его облет с работающим двигателем. Однако 12 мая 1953 г. во время заправки топливных баков опытного самолета в воздухе, когда Х-2 находился еще в бомбоотсеке В-50, произошел взрыв (погибли два члена экипажа самолета-носителя, подготавливавшие Х-2 к самостоятельному полету), самолет вспыхнул и сгорел в воздухе. Эта катастрофа прервала исследования до конца 1955 г.

Второй экземпляр самолета был построен лишь в 1955 г., и его облет с работающим двигателем состоялся в ноябре. Позже, 25.07.1956 г., была достигнута рекордная скорость в горизонтальном полете 3360 км/ч, а в начале сентября 1956 г.-высота 38 430 м. Второй опытный образец постигла участь первого: 27.09.1956 г. произошла катастрофа, причины которой так и не удалось установить. Описание самолета. Х-2 представляет собой моноплан классической схемы с низкорасположенным стреловидным ( ~ 40°) крылом, имеющим острую переднюю кромку. Крыло оснащено носовыми щитками, расположенными приблизительно на 2/5 длины передней кромки, а также обычными элеронами, снабженными триммерами. Стабилизатор – стреловидный, управляемый, а киль-прямой, с рулем направления. Фюзеляж (длиной около 12 м) в центральной части имеет форму, близкую к цилиндрической, а передняя и хвостовая части-конусообразную. На верхней и нижней поверхностях фюзеляжа находятся два больших продольных обтекателя, которые закрывают коммуникации и оборудование системы управления, а также выпускаемую во время приземления лыжу (в первом опытном образце). Крыло и оперение выполнены из нержавеющей стали, а фюзеляж– из легированной молибдено-никелевой стали. Поскольку Х-2 стартует в воздухе с оборудованного соответствующим образом бомбардировщика «Боинг» В-50, шасси Х-2 предназначено лишь для посадки и рассчитано на небольшие нагрузки. У первого экземпляра самолета шасси состояло из одноколесной передней стойки и лыжи, выполняющей роль колеса главного шасси. Во втором опытном экземпляре использовались уже две лыжи, которые при необходимости убирались в крыло.

Предназначение самолета для полетов на больших скоростях и высотах потребовало разработки безотказного и безопасного способа катапультирования пилота в случае аварии. В своем выборе конструкторы остановились на варианте отделения всей кабины от самолета. Кабина имела теплоизоляционное покрытие и стационарное переднее остекление, состоящее из двух стекол. Стекла не только сохраняли свои свойства до температуры 540°С, но и поглощали инфракрасные лучи.

Рис. 2.17. Проекции экспериментального самолета Х-2.

В целях уменьшения солнечного нагрева конструкции и увеличения интенсивности тепло– отвода в окружающую среду самолет покрашен в белый цвет.

Двигательная установка. В самолете использован восьмикамерный ракетный двигатель XLR-25CW фирмы «Кёртисс-Райт» с максимальной тягой – 71,10 кН (7250 кГ). Двигатель был оснащен насосами для подачи топлива (этиловый спирт и жидкий кислород), а также оборудованием для запуска, выключения и регулирования тяги двигателя во время полета. Емкость топливных баков обеспечивала работу двигателя в течение 2,3-6,0 мин.

Летно-технические данные

Размах крыла, м 9,76

Длина, м 13,40

Высота, м 4,13

Площадь несущей поверхности, м2 24,30

Масса пустого самолета, кг 7300-8200

Взлетная масса, кг 13000

Удельная нагрузка на крыло, кг/м2 535

Отношение массы самолета к тяге, кг/даН 1,84

Максимальное число Маха 3

Максимальная скорость, км/ч 3360

Потолок, м 38430

«Супер-Сейбр» F-100 фирмы «Норт Америкен» – одноместный истребитель-бомбардировщик-США, 1953 г.

Рис. 2.18. Истребитель-бомбардировщик «Супер-Сейбр» F-100F.

История создания. Работы по созданию сверхзвукового самолета, преемника самолета «Сейбр» F-86, были начаты в 1949 г. Проект был назван «Сейбр» 45 (модель NA-180), что должно было означать сохранение общей концепции самолета F-86 при использовании крыла с углом стреловидности 45°. Два года спустя был получен официальный заказ на создание двух опытных образцов YF-100 (впоследствии они получили обозначение YF-100A) и 110 серийных самолетов. Облет первого опытного образца, оснащенного турбореактивным двигателем с форсажной камерой XJ-57-P-7, был совершен 25.05.1953 г., а второго-14.10.1953 г. На самолете YF-100A 29.10.1953 г. был достигнут рекорд скорости полета по прямой 1215,3 км/ч на базе 15-25 км, который 20.08.1955 г. был побит самолетом F-100C (1323,3 км/ч).

В общей сложности в 1953-1959 гг. было изготовлено 2294 самолета «Супер-Сейбр» следующих модификаций:

– истребитель-перехватчик для дневных полетов F-100A (203 самолета, первый испытан 29.10.1953 г.);

– истребители-бомбардировщики F-100C (476 самолетов, 17.01.1955 г.) и F-100D (1274 самолета, 24.01.1956 г.);

– двухместный тренировочный F-100F (339 самолетов, опытный образец TF-100C испытан 6.08.1956 г., а первый серийный-7.03.1957 г.);

– два опытных образца YF-102A; три F-100B, переименованные впоследствии на YF-107A; один опытный образец NF-100F (для исследований на больших высотах) и один самолет-разведчик RF-100A.

Кроме США, самолеты F-100 были поставлены на вооружение во Франции, Дании, Турции и на Тайване. Цена самолета модификации F-100A составляла 486000 долл., F-100– С-662 000 долл. и F-100D-766 000 долл. Тот факт, что F-100 был первым серийным сверхзвуковым самолетом с турбореактивным двигателем, построенным в США, не мог не повлиять на трудоемкость и продолжительность процесса разработки и освоения, во время которого потребовалось проведение анализа разнообразных аэродинамических и конструктивных схем. До момента испытания первого летного образца на разработку было затрачено в общей сложности 4050000 человеко-часов, в том числе только на проведение аэродинамических исследований 200000 ч. Работы над опытным образцом и первым серийным вариантом самолета повысили трудоемкость до 4800000 человеко-часов. Описание самолета. Самолет F-100 представляет собой низкоплан классической схемы со стреловидным крылом, управляемым стабилизатором и классическим вертикальным оперением. Крыло относительной толщины 6% имеет прямолинейную переднюю кромку с углом стреловидности 45° и заднюю кромку с углом 25° при отрицательном поперечном V крыла 1°30'. Крыло оснащено пятисекционными предкрылками, размещенными по всему размаху, а также двухсекционными элеронами с относительной хордой 25% и значительным размахом, установленными в центральных частях консолей крыла. Элероны обеспечивают максимальную скорость крена самолета 360°/с. Каждый элерон состоит из двух секций, отклоняемых независимо друг от друга. Для управления элеронами использован необратимый гидропривод. Применение таких элеронов ограничило возможность применения закрылков; поэтому самолеты модификаций А-С их не имели. Увеличение взлетной массы в модификациях D и F (а также возрастание и без того высоких скоростей посадки) принудило фирму изменить конструкцию околофюзеляжных частей крыла. Угол стреловидности задней кромки стал иметь два значения (меньшее около фюзеляжа), что позволило применить закрылки с малым размахом и большой хордой. Использование системы сдува пограничного слоя с закрылков значительно повысило их эффективность.

В целях уменьшения посадочной скорости и скорости пикирования самолет оснащен тормозным щитком, площадь которого составляет 4,2% несущей поверхности. Тормозной щиток размещен на нижней поверхности центральной части фюзеляжа, за нишей уборки передней стойки шасси. Кроме того, имеется тормозной парашют, находящийся в контейнере под рулем направления. Парашют рассчитан на максимальную посадочную скорость 333 км/ч. Конструкция крыла приблизительно на 2/3 размаха (т.е. до нервюры, ограничивающей размах элеронов)-панельная, а концы консолей крыла выполнены со стрингерным набором и клепаным креплением элементов. Панельная конструкция состоит из 36 частей, соединенных между собой с помощью 264 соединительных элементов.

Рис. 2.19. Истребитель-бомбардировщик «Супер-Сейбр» F-100C.

Для фюзеляжа полумонококовой конструкции со значительным числом вырезов (длиной 14,2 м) характерно относительно большое сплющенное в нижней части поперечное сечение. В передней части фюзеляжа расположены отсек оборудования (над воздухозаборником), закрываемый люком, кабина экипажа и ниша уборки передней стойки шасси. Фонарь кабины состоит из неподвижной передней части с лобовым стеклом, установленным под большим углом наклона, и открываемого снизу назад обтекателя; к центральной части фюзеляжа, содержащей топливные баки, крепятся консоли крыла. Двигатель самолета (длиной ~ 4,5 м) крепится с передней стороны к силовому шпангоуту средней части фюзеляжа, а после подсоединения хвостовой части фюзеляжа с помощью самоцентрирующихся стыковочных соединений оказывается закрепленным и с другой стороны.

Двухлонжеронный киль выполнен как одно целое с хвостовой частью фюзеляжа. Стабилизатор размещен внизу хвостовой части фюзеляжа. Максимальное отклонение рулей высоты и направления составляет + 20°, а их максимальная толщина не превышает 75 мм. Над рулем направления (сравнительно небольшой площади) размещены патрубки дренажа топливных баков и лампа хвостового огня. Для увеличения поверхности вертикального оперения киля в целях улучшения путевой устойчивости использован килевой гребень. Площадь и размах стабилизатора были увеличены после изготовления 70 самолетов. Угол стреловидности крыла и стабилизатора по передней кромке одинаков.

Шасси – трехстоечное. Передняя стойка со сдвоенными колесами убирается назад. Главные стойки шасси балочно-подкосного типа с одинарными колесами убираются вбок, в околофюзеляжную часть крыла. Пневматики колес-высокого давления, рассчитаны на 20 посадок. Все стойки шасси имеют внутренние амортизаторы. В задней части фюзеляжа находится убираемая пята, предохраняющая эту часть конструкции самолета от поломок во время взлета и посадки. Самолет приспособлен для безаэродромного старта с подвижных стартовых катапульт, аналогичных тем, с которых запускались ракеты «Матадор».

Планер самолета рассчитан на эксплуатационный коэффициент перегрузок от + 6 до – 2.

Двигательная установка. Самолеты F-100A оснащены турбореактивными двигателями J57-P-7 фирмы «Пратт-Уитни» тягой 43,15 кН (4400 кГ) без форсирования и 63,74 кН (6500 кГ) с форсированием. На остальных модификациях самолета установлены более совершенные двигатели J57-P-21 тягой 52,04 кН (5307 кГ) и 75,62 кН (7711 кГ) соответственно без форсирования и с форсированием. Запуск двигателя осуществляется с помощью пневмостартера. Топливо размещено преимущественно в фюзеляжных баках (сплющенная нижняя часть фюзеляжа позволила разместить баки как под двигателем, так и под форсажной камерой) и в двух малых крыльевых баках (2 ? 850 л). Общий запас топлива составляет 4487 л и может быть увеличен за счет дополнительных баков, подвешиваемых под крылом (2 ? 945 л + 2 ? ? 850 л или 2 ? 1700 л), до 8077 л. У всех фюзеляжных баков имеются собственные заливные горловины утопленного типа. Кроме того, вся топливная система имеет одну общую заливочную горловину для дозаправки самолета в полете.

Примененный на самолете лобовой нерегулируемый воздухозаборник с острыми кромками обеспечивает высокую эффективность работы двигателя в полете с ? = 1,3-1,5. Поперечное сечение канала воздухозаборника овальное. Эта овальность сохраняется до плоскости передней кромки крыла, где она переходит в круг. В своей начальной части канал воздухозаборника расположен внизу фюзеляжа, а за кабиной экипажа он переходит в верхнюю часть и только перед двигателем принимает симметричное положение. Такая форма канала воздухозаборника определялась выбранной компоновочной схемой самолета, хотя и вела к значительным потерям давления на входе двигателя.

Вооружение. Стационарное вооружение самолета состоит из четырехствольной (двухствольной в модификации F) пушки «Понтиак» М-39Е калибра 20 мм, расположенной в передней нижней части фюзеляжа, с боезапасом по 200 снарядов на каждый ствол. На семи наружных узлах подвесок (из них один подфюзеляжный) самолет может нести 3400 кг (в том числе 2720 кг на подкрыльевых подвесках) боевого груза: в бомбоотсеке-ядерную бомбу (только для самолетов модификаций D и F), ракеты воздух-земля «Булпап», ракеты воздух-воздух «Сайдуиндер», контейнеры НУРС, бомбы массой до 453 кг или баки с топливом.