Текст книги "Битва за скорость. Великая война авиамоторов"

Автор книги: Валерий Августинович

сообщить о нарушении

Текущая страница: 23 (всего у книги 24 страниц)

Двигатель АЕ 3007 первоначально применялся на региональных пассажирских самолетах известных фирм: канадской «Бомбардье» и бразильской «Ембрайер». По своим характеристикам АЕ 3007 идеально подошел для беспилотника «Глобал Хоук» (тяга 4000 кг с малым расходом топлива), но никаких инноваций в нем нет. Это – всего лишь удачный двигатель, особенностью которого является «классическая» степень двухконтурности (около 5) при малых размерах (диаметр вентилятора всего 978 мм, как на двигателе Д-30 со степенью двухконтурности 1). Следствием этого является и малая размерность газогенератора (компрессор высокого давления, камера сгорания и турбина), хотя в конструкции это не нашло видимого отражения. Компрессор – традиционный, осевой, 14-ступенчатый. Турбина высокого давления – тоже (двухступенчатая). Главным качеством этого двигателя является его надежность, достигнутая в широкой эксплуатации на региональных самолетах. При применении его на военном самолете США сменили и индекс двигателя: он стал обозначаться как F-137.

Наиболее близким советским аналогом этого двигателя является Д-36 разработки Запорожского ОКБ. Этот трехвальный двигатель стоит на самолете Як-42, имеет тягу на земле 6500 кг и малый расход топлива благодаря степени двухконтурности 5,6. Правда, диаметр вентилятора у него, естественно, побольше (1373 мм).

_{Беспилотный многоцелевой самолет «Глобал Хоук». Фарнборо-2008.}

Успех применения БПЛА «Глобал Хоук», как видно, определяется не столько инновационным двигателем, сколько уникальными характеристиками системы в целом. Этот самолет в подлинном смысле этого слова способен держаться в воздухе свыше 32 часов, летая на высоте выше 70 000 футов (21336 м). На основании успешного опыта применения «Глобал Хоук» ВМС США заказали 120 таких самолетов. Как можно видеть из таблицы требований, представленной выше, этот самолет, по сути, является универсальным БПЛА, выполняющим и разведывательные, и ударные функции. Но эта универсальность имеет и свои недостатки: недостаточно малую заметность, высокую стоимость, традиционное вооружение. Следующее поколение БПЛА, по-видимому, будет иметь более узкую специализацию. И вот для этого следующего поколения БПЛА следует ожидать инноваций как в разработках двигателей, так и в создании вооружения на новых физических принципах.

Начнем с легкого разведывательного (массой не более 3 тонн) самолета. Как мы видели из таблицы, главным критерием качества силовой установки такого БПЛА является ее минимальная стоимость. Обычные газотурбинные двигатели имеют ограничения по минимальному размеру, хотя и известен пример изготовления в лаборатории Массачусетского технологического института полноценного ГТД (с ротором и камерой сгорания по схеме Охайна) мощностью 50 ватт размером с монету с помощью технологии производства печатных плат (вытравливанием лопаток).

Итак, газотурбинный двигатель для данного типа самолета не является оптимальным хотя бы потому, что имеется другое решение. А именно, схема пульсирующе-детонирующего двигателя (ПДД или, в английской транскрипции, очевидно, PDE, где «Е» – «engine», т. е. двигатель). Если в поршневых двигателях от детонации топ-ливо-воздушной смеси пытались уйти всеми способами, замедляя процесс горения разного рода присадками к топливу, то в ПДД наоборот, именно детонация (быстрое сгорание и вызванная этим ударная волна) позволяет реализовать эффективное преобразование химической энергии топлива в тепло, а затем и в работу расширения без применения клапанов. Но для этого нужна труба, открытая с одного конца, чтобы было, куда расширяться. Закрытый же (передний) конец трубы воспринимает повышенное в результате детонационного горения давление и тем самым передает получающееся усилие (тягу) на самолет. Заметим, что в поршневом двигателе объем является замкнутым (с помощью клапанов), и поэтому детонационное горение приводит к недопустимым нагрузкам. Процесс в ПДД организован следующим образом: свежая топливо-воздушная смесь поступает в трубу и поджигается. Благодаря высокой скорости горения происходит локальное сильное повышение температуры и давления (как при взрыве) – формируется фронт ударной волны, которая со сверхзвуковой скоростью распространяется вдоль трубы в обе стороны: ко входу и к выходу. Этот фронт имеет за собой высокую температуру и, проходя вдоль трубы, поджигает смесь. Этот же фронт выполняет и функцию клапана, блокируя конвекцию смеси до окончания горения. Из-за большой скорости перемещения фронта ударной волны процесс горения происходит «мгновенно»; фактически реализуется горение при постоянном объеме подобно поршневому двигателю. Далее поступает новая порция смеси, и процесс повторяется.

Конечно, простота эта во многом кажущаяся: в реальности существуют проблемы реализации этого идеального цикла. Но эти проблемы решаемы, а выгода применения такого типа двигателя в сравнении с газотурбинным очевидна. Кроме простоты схемы и большего на 30 % кпд, ПДД обладает еще одним преимуществом: он может работать в большом диапазоне скоростей полета (от М=0 до гиперзвуковых скоростей М=4–5). Тактическое применение разведывательных БПЛА с двигателем такой схемы предполагает быстрый выход в район цели с гиперзвуковой скоростью с дальнейшим выключением двигателя и нахождением над целью (например, полем боя) в режиме планирования. Возвращение БПЛА происходит в обратном порядке.

Есть, однако, у ПДД и неприятные особенности его работы: сильные вибрации и шум, обусловленные пульсирующим режимом его работы (частота пульсаций – циклов прохождения ударной волны – составляет обычно 100–150 герц). Эти вибрации, в частности, оказывают неблагоприятное воздействие и на аппаратуру наблюдения, смонтированную на БПЛА. Для уменьшения этого неблагоприятного фактора предусматриваются постановка демпферов и применение многотрубной конструкции подобно многоцилиндровому мотору. В этом случае процесс в детонационных трубах организуется со сдвигом по фазе (времени).

Ударный самолет – БПЛА, являющийся, по сути, платформой для несения вооружения, имеет существенно большие размеры и массу в сравнении с разведывательным. В связи с этим к нему возрастают и требования по незаметности в радиолокационном и инфракрасном диапазоне излучения. Очевидно, что в этом случае используются технологии «стелс», уже отработанные на пилотируемых самолетах F-117 и В-2. Но благодаря отсутствию экипажа и связанных с ним систем жизнеобеспечения в ударном самолете – БПЛА его «заметность» становится настолько малой, что впору говорить о его практической незаметности. Вы можете просто не знать, что ударный БПЛА уже давно барражирует над целью, например, стартовой позицией баллистической ракеты или обнаруженной подводной лодкой. И в момент старта ракеты этот БПЛА может поразить ее либо электромагнитным импульсом, либо обычным «выстрелом». Главной проблемой применения ударных БПЛА как противоракетного оружия является создание надежной системы управления сетью из сотен или даже тысяч таких самолетов. Т. е., это проблема – информационная. И здесь опять США имеют фору перед Россией как по степени развитости таких систем и опыту их построения, так и по радиусу действия ударных БПЛА. Скорее всего, применение ударных БПЛА типа Х-47 разработки «Нортроп – Грумман» будет осуществляться с авианосцев. Этот тип носителей идеально подходит для БПЛА, этих подлинных самолетов XXI века. Так авианосцы приобретают новое качество. Если представить себе боевое применение БПЛА с авианосцев, то мы увидим картину один за другим взлетающих и бесследно растворяющихся в небе беспилотников и затем из ниоткуда прилетающих и садящихся на палубу самолетов. Учитывая наличие у БПЛА функции автоматической дозаправки в воздухе, следует считать ударные БПЛА грозным оружием.

Что же касается двигателя для ударного БПЛА, то здесь ожидать каких-либо инноваций не следует. Опыт применения АЕ3007 на «Глобал Хоуке» оказался удачным, и, скорее всего, он будет транслирован и на ударном БПЛА.

А вот для высотных беспилотных разведчиков, находящихся в небе свыше полутора суток с очевидной целью выявления и подсветки скрытых целей для последующих воздушных ударов ударными БПЛА на большой глубине территории противника, возможна, более того, необходима разработка новых двигателей. Прежде всего, вспомним, что дальность полета (а следовательно, и время нахождения в воздухе) самолета прямо пропорционально зависит в том числе и от энергетики топлива, т. е. его теплотворной способности. В этом смысле перспективным видом горючего, окисляемого в процессе горения кислородом окружающего воздуха, является водород. Его теплотворная способность (с единицы массы) в 2,5 раза превышает теплотворную способность керосина. Его давно бы стали применять в авиации в качестве горючего, если бы не его проблемные свойства: низкая температура кипения, малая плотность и взрывоопасность при смешении с воздухом. И то и другое создают большие проблемы в реальной эксплуатации двигателей и самолетов, использующих водород в качестве горючего. Водород тем не менее широко применяется в ракетных двигателях, а с недавнего времени стал применяться и в автомобилях.

_{Беспилотный ударный самолет Нортроп ХВ-47. Фарнборо-2008.}

«СОЛДАТСКИЙ» САМОЛЕТ

В сентябре 2003 г. автор этих строк был в Кливленде, на очередной международной конференции по авиационным двигателям, посвященной на этот раз столетию первого полета братьев Уилбура и Орвилла Райтов. Погода стояла прекрасная – золотая осень. Одновременно здесь проходило авиашоу с демонстрацией полетов при участии пилотажных групп ВВС США. Летчики жили в том же отеле, что и участники конференции. Здесь же, в роскошном Ренессанс-Мариотт, проходила и конференция. Автор наблюдал, как над тихой водной гладью озера Эри, на берегу которого расположен Кливленд, совершал эффектные пролеты с пикированием американский штурмовик А-10 «Тандерболт» – «Удар грома» («Thunderbolt»). Самолеты с индексом «А» («Attack» – «штурмовик») составляют третью самостоятельную группу боевых самолетов (и моторов к ним) наряду с «F» («Fighter» – истребителями, или самолетами воздушного боя, и «Bomber» – бомбардировщиками). И если в этих последних типах самолетов в силу сходности требований советские и американские самолеты имели близкие конфигурации, то для штурмовиков ситуация различалась. Здесь сильно сказывалась предыстория, т. е. различный опыт боевого применения «фронтовых бомбардировщиков», как сейчас называются штурмовики. В США самолеты группы «А» (А-3 «Скайуоррер», А-4 «Скайхоук», А-6 Интрудер», А-7 «Корсар», AV-8 «Морской Харриер» вертикального взлета) – преимущественно палубного базирования. В СССР «сухопутные» фронтовые бомбардировщики еще с Великой Отечественной войны проектировало ОКБ П. О. Сухого (Су-2).

Если свернуть с Ленинградского проспекта на Беговую, то, дойдя до ипподрома, можно увидеть на правой стороне незаметную улицу им. Поликарпова. Она заканчивается тупиком, вернее, упирается прямо в проходную ОКБ П. О. Сухого. А если пройти на территорию ОКБ, то можно увидеть стоящий на постаменте первый самолет разработки ОКБ Су-2. Эта традиция проектирования штурмовиков была продолжена и после войны (реактивный ряд от Су-7 до Су-17 и Су-24 и вплоть до нынешнего Су-34). Конечно, против самолета воздушного боя штурмовику, даже многоцелевому, как Су-17, не выстоять. Что и подтвердилось 19 августа 1981 г. во время боестолкновения пары ливийских Су-22 (экспортный вариант Су-17) с тяжелыми палубными F-14 («Томкэт») 6-го американского флота над заливом Сирт в Средиземном море. Оба Су-22 были сбиты.

Если же сравнить между собой американский «Удар грома», европейский британо-французский «Ягуар» и советский «Грач» (Су-25), то мы увидим, что эти самолеты созданы по совершенно различным тактико-техническим требованиям. Столь же сильно отличаются и двигатели к ним. Американский А-10 – в некотором роде «предельный» по дальности и боевой нагрузке дозвуковой двухмоторный самолет, очевидно, требующий сопровождения истребителями в случае столкновения с серьезным противником. По сути, это летающая платформа для вооружения, предназначенного для штурмовки наземных целей, в первую очередь танков, на большую глубину проникновения. Европейский, более легкий тоже двухмоторный, «Ягуар» – с явными признаками многоцелевого применения, включая возможность несения тактического ядерного оружия, о чем говорит его способность летать со сверхзвуковой скоростью (M _max= 1,6). И, наконец, двухмоторный советский Су-25, так называемый «солдатский», неприхотливый самолет с бронированной кабиной (титановые плиты толщиной 24 мм), спроектированный для эксплуатации с временно оборудованных аэродромов и требующий минимума обслуживания.

Су-25 прошел войну в Афганистане, Чечне и совсем недавно (2008 г.) в Грузии, зарекомендовав себя как надежная эффективная машина для локальных конфликтов. В последнем случае именно Су-25 обеспечили поражение грузинской войсковой группировки, нанеся удары по центрам управления, мостам, складам и коммуникациям, еще раз подтвердив решающую роль авиации в боевых действиях (по Дуэ). Ирония судьбы, но производство Су-25 было развернуто в советское время на Тбилисском авиазаводе, который в августе 2008 г. бомбили эти штурмовики в числе прочих целей.

История его создания началась в 1968 г., когда министр обороны А. А. Гречко объявил конкурс на разработку штурмовика, в котором вначале участвовали четыре КБ: Ильюшина, Микояна, Сухого и Яковлева, а после первого этапа конкурса осталось два – Сухого и Микояна. Как пишет Самойлович [38]:

«Надо сказать, что к этому времени концепция нашего штурмовика (он разрабатывался по инициативе ОКБ П. О. Сухого еще до конкурса) претерпела сильные изменения. Главное – это двигатель. Поскольку у нас ничего не получалось с АИ-25 и его модификациями (АИ-25 – это легкий двигатель разработки Запорожского ОКБ для регионального самолета Як-40 со степенью двухконтурности 2,0. —А.В.), КБ сделало выбор в пользу безфорсажной версии двигателя РД-9БФ, стоявшего на самолете МиГ-19. Перед тем как выйти на второй НТС, наше КБ провело ряд встреч с представителями ВВС. Они высказали свои рекомендации: увеличить боевую нагрузку до тpex тонн. Вопрос мне был задан только один: почему в нашем проекте отсутствует стрелок? Я объяснил, что в условиях современной ПВО самолет сможет осуществить максимум 2–3 атаки наземных целей. Воздушные бои в этих условиях над территорией противника маловероятны. Поэтому наличие стрелка неоправданно, вес стрелка целесообразнее направить на точные системы навигации и прицеливания… Какая максимальная скорость может быть, чтобы летчик сумел обнаружить и распознать с малой высоты малоразмерные наземные цени? Оказалось, что 600 км/ч (об этом говорили приглашавшиеся нами летчики). Второй мой вопрос касался глубины проникновения штурмовика за линию боевого соприкосновения. Было сказано, что она равна 50 км… Что касается вопросов эксплуатации, то в КБ впервые в отечественной авиапромышленности были разработаны и введены лимиты на время подготовки самолета к повторному вылету для каждой отдельно взятой системы».

Первый Су-25 («по-суховски» – опытный Т-8) был построен в 1974 г., а первый вылет состоялся в феврале 1975 г. Тип двигателя изменили: самолет должен был быть оснащен Р-95Ш (бесфорсажная модификация двухвального Р13-300 все того же «микулинского», или «туманского», ряда, родоначальником которого был знаменитый Р11-300).

Далее Самойлович пишет: «В процессе проектирования Су-25 самой главной проблемой являлся выбор двигателя. Идеально, когда новый самолет создается под конкретный двигатель. На Су-24 мы попытались «опровергнуть» это жизненное правило, т. е. сделать двигатель под самолет, и получили весь «букет» неприятностей. Я это запомнил на всю оставшуюся жизнь. Поэтому, не зная, с каким же двигателем будет летать будущий Су-25, мы заложили резерв расхода воздуха через каналы подвода воздуха к двигателям, и переход от двигателя Р9-300 (расход воздуха 33 кг/с) к Р95Ш (расход воздуха 48 кг/с) для нас прошел безболезненно. Позднее П. Дементьев потребовал от нас перехода на двигатель РД-33 (разработка Климовского КБ для МиГ-29. – А.В.) без форсажной камеры с расходом воздуха 66 кг/с. Вот это уже означало, что нам надо делать совершенно новый самолет».

Первый серийный Су-25 вышел в июне 1979 г. А в декабре того же года советские войска вошли в Афганистан. Министр обороны Д. Ф. Устинов принял решение направить в Афганистан два опытных самолета Су-25. Он сказал: «Испытывать самолеты надо в реальных боевых условиях».

Далее Самойлович пишет: «Началась подготовка к отправке штурмовиков в Афганистан для участия в операции «Ромб», предполагавшей разностороннюю проверку самолета в экстремальных боевых условиях. Во второй половине апреля 1980 г. операция «Ромб» началась. В ней, кроме двух Су-25, проходили испытания и четыре самолета Як-38, отрабатывавших режимы укороченного взлета с сухопутных аэродромов. Продолжавшаяся чуть более полутора месяцев операция прошла успешно. В боевых условиях были проверены многие виды вооружения, в том числе объемно-детонирующие бомбы (на Западе их называют вакуумными). В ходе проведения операции «Ромб» самолет Су-25 проявил себя с самой положительной стороны, он очень понравился сухопутным войскам и получил от них прозвище «Гребешок»: действительно, большое число пилонов под крылом для подвески вооружения делало машину похожей на расческу. Разумеется, опыт боевого применения выявил и узкие места. Испытателями были отмечены два серьезных дефекта самолета: плохая приемистость двигателей Р-95Ш (8 с. от «малого газа» до «максимала») и низкая эффективность тормозных щитков. Это очень сильно ограничивало условия боевого применения. Самолет «нырял» в ущелье и начинал разгоняться на пикировании, после чего «выскочить» вверх ему было очень трудно… Самолет Су-25 был принят на вооружение только в 1988 г. Кстати, при формировании авиачасти столкнулись с большими трудностями: летчики никак не хотели осваивать новую машину. Причина оказалась до смешного проста: зарплата летчиков зависела от ЛТХ самолета – пилот-сверхзвуковик получал на 30 % больше, чем дозвуковик. Наплыв желающих летать на Су-25 был отмечен только тогда, когда руководство ВВС, поняв свою ошибку, ликвидировало эти «ножницы».

А что же американский А-10А, совершивший первый полет в 1972 г.? На нем стоят два двигателя TF34-GE тягой по 4 тонны, но не это отличает его от советского Р-95Ш той же тяги (4000 кг) на Су-25. На Су-25 стоит одноконтурный двухвальный турбореактивный двигатель (число ступеней компрессора 3+5 со степенью сжатия 8,7, а турбины – 1+1), а на А-10 – двухконтурный с большой степенью двухконтурности, равной 5–6 (!). Диаметр вентилятора равен 1,118 м с расходом воздуха 153 кг/с. Это дает возможность существенно увеличить дальность полета А-10 за счет лучшей экономичности двигателя. Штурмовики А-10 тоже поучаствовали в боевых действиях в Косове (1999 г.), в Ираке и… Афганистане, но уже в XXI веке. Однако опыт боевого применения показал, что самолету требуется более мощный двигатель. Это вообще-то можно было предвидеть: энерговооруженность А-10 маловата для штурмовика. Да еще это связано с особенностью применения двигателя большой двухконтурности, у которого, как известно, с увеличением скорости полета тяга падает круче, чем у классического одноконтурного двигателя. Но А-10 по плану американского Военного ведомства будет находиться в строю до 2028 г. и пройдет ремоторизацию.

Что же касается одноместного «Ягуара», совершившего первый полет в 1969 г., то на нем стояли французские («Турбомека») двухконтурные двигатели с форсажной камерой «Адур» тягой те же 4000 кг, но… на форсажном режиме. Итак, если сравнить эти три типа штурмовиков, то мы увидим поразительную разницу в подходах к проектированию, ненаблюдаемую в других типах боевых самолетов.

А американские пилоты, демонстрировавшие в Кливленде высшее пилотажное мастерство, оказались такими же бережливыми, если не сказать хуже, скупыми, как и уже отмеченная автором американская фирма «Боинг». Получая жалованье порядка 100 тыс. долларов в год, они ходили обедать в уличный Макдоналдс, несмотря на наличие в отеле Ренессанс-Мариотт прекрасного ресторана французской кухни «Сан-Суси», название которого, как известно, переводится «Без забот». Автор этих строк, «богатый советский инженер», обедал там в одиночестве, наслаждаясь буйабесом и белым вином.

В заключение хотелось бы отметить следующее. Интернет существенно повлиял на способ организации информации в сегодняшних книгах. Сегодня многое нет нужды описывать, достаточно только «назвать», обратив внимание – дальше все можно найти одним «кликом» мышки. Задачей автора становится структурирование массы атомарной информации посредством выявления внутренних связей между событиями. А вот связи эти обычно в Интернете отсутствуют – они не видны для непрофессионалов.

И еще – задачей автора становится обратить внимание читателя на некоторые узловые события в такой непростой мировой истории авиационного моторостроения и дать путеводную нить для того же поиска деталей в Интернете.