Автор: Андрей Митрофанов
Опубликовано: 08.10.2021, 08:11
 

Сердце самолета: авиадвигатель и технические решения, способные вывести перспективный российский СВВП на новый уровень


В статье Вертикальный взлет: тупиковое направление или будущее боевой авиации были рассмотрены реальные и мнимые недостатки, приписываемые самолетам вертикального взлета и посадки (СВВП).

Можно заметить, что с появлением новых поколений СВВП все ближе по характеристикам к "классическим" боевым самолетам сопоставимых массогабаритных характеристик. Если Як-38 значительно уступал МиГ-21бис м МиГ-23МЛ по летно-техническим характеристикам (ЛТХ), то разница между ЛТХ Як-141 и МиГ-29 уже не так значительна, при этом по некоторым параметрам Як-141 даже выигрывал. Если же говорить об американской линейке F-35, в которой присутствуют "классический" F-35A, СВВП F-35B и авианосный вариант F-35C, то их характеристики уже вполне сопоставимы.

Когда говорят о малом распространении СВВП, то забывают, что сама по себе эта технология значительно сложнее - она не каждой стране по плечу. К примеру, конвертопланы пока тоже очень мало распространены, их нет даже у нас, несмотря на достаточно развитую авиационную промышленность, при этом мало кто сомневается в эффективности и перспективности конвертопланов. С СВВП ситуация аналогична - построить их, не имея технического задела, достаточно сложно. По сути, сделать это в XXI веке пока смогли только США.

Страны Европы вообще постепенно теряют компетенции по строительству боевых самолетов, их разработки крайне продолжительны по времени и затратны по финансам. Если говорить, например, о Швеции, то в их "Гриппене" стоит турбореактивный двигатель (ТРД) на базе американского двигателя General Electric F404 от F/A-18 Hornet, то есть сами шведы не могут создать двигатель даже для классического самолета, что уж тут говорить об СВВП. Британия потеряла компетенции по созданию СВВП, отказавшись от разработки следующего поколения СВВП "Харриер" и перейдя на американские F-35B. Франция только экспериментировала в этом направлении.

То же самое и с КНР, у них много чего разрабатывается и производится, но с авиадвигателями все никак не сложится - имеется серьезное отставание по тяге и по ресурсу ТРД. А ведь создать двигатель для СВВП еще сложнее. Можно предположить, что как только двигателестроительная промышленность Китая решит свои проблемы, то тематикой СВВП они займутся вплотную.

По информации от китайских и американских СМИ, в КНР активизированы работы по СВВП J-18 ("Цзянь-18", по классификации НАТО "Красный орел"). Планер СВВП должен быть выполнен с использованием технологий снижения заметности, радиус действия составит около 2 000 километров, также на J-18 будет установлена радиолокационная станция (РЛС) с активной фазированной антенной решеткой (АФАР).

Китай пытается разработать СВВП еще с 60-х годов XX века, для чего в Британии у коллекционера даже был приобретен списанный "Харриер". В 1994 году для этих же целей предположительно был куплен российский СВВП Як-141. Предполагается, что китайский СВВП может появиться к 2025 году.

В части создания СВВП и ТРД для них России достался такой задел от СССР, которому другие страны могли только позавидовать. Несмотря на то, что прошло уже достаточно много времени, этот задел можно и нужно использовать.

Сердцем самолета, от которого по большей части зависят его ЛТХ, является турбореактивный двигатель. Несложно проследить логическую цепочку - по мере роста удельной и максимальной мощности ТРД параметры СВВП все больше приближались к параметрам "классических" самолетов.

И для создания российского СВВП в первую очередь потребуется создать для него подходящий двигатель.

Двигатель для СВВП

Существует два пути.

Первый - создавать авиадвигатель для перспективного СВВП на базе перспективного ТРД "Изделие 30" - двигателя второго этапа для Су-57, работа над которым ведется с большими задержками. Сложно сказать, насколько это реально, поскольку характеристики ТРД "Изделие 30" засекречены, нет информации и о том, можно ли оснастить этот двигатель поворотным соплом, которое значительно отличается от обычного сопла с управляемым вектором тяги (УВТ).

Оснащение СВВП подъемными двигателями, не вариант - это технология прошлого века, то есть от "Изделия 30" необходимо обеспечить отбор мощности на вентилятор. И возможно ли это в принципе на этом ТРД - неизвестно.

Однако существует еще одна возможность - в свое время двигатель самолета Як-141 показывал выдающиеся характеристики, и на его базе продолжаются разработки перспективных ТРД, о которых было рассказано в статье Советское наследство: турбореактивный двигатель пятого поколения на базе "Изделия 79".

Потенциально, сердцем перспективного российского СВВП может стать ТРД Р579-300, разрабатываемый АМНТК "Союз".

ТРД Р579-300

Почему именно ТРД Р579-300?

По утверждению производителя, этот авиадвигатель можно с полной уверенностью отнести к пятому поколению авиационных двигателей, причем высокие характеристики достигаются за счет применения эффективных конструкторских решений, а не за счет использования сложных технологических операций и материалов, освоение которых нашей промышленностью может вызвать задержки разработки и серийного производства перспективных ТРД.

На сайте разработчика размещена таблица с характеристиками ТРД Р579-300 в различных вариантах исполнения, в том числе представлены варианты для СВВП с максимальной форсажной тягой до 21-23 тысячи кгс.

В ТРД Р579-300 имеются две особенности, делающие его крайне многообещающим решением для перспективного российского СВВП.

Первая - это возможность подключения на валу ТРД нагрузки мощностью более 40 МВт.

Вторая - адаптивная степень двухконтурности и регулируемая степень сжатия.

Возможность подключения на валу ТРД нагрузки позволяет разместить на нем подъемный вентилятор, подобно тому, как это реализовано в F-35B. Подъемный вентилятор не только позволяет отказаться от тяжелых и расходующих много топлива вспомогательных подъемных двигателей, но и снизить тепловую нагрузку на ВПП.

Кроме того, с высокой вероятностью, основой боевой устойчивости боевых самолетов в XXI веке станут перспективные комплексы бортовой самообороны, в том числе лазерные комплексы бортовой самообороны и средства радиоэлектронной борьбы (РЭБ). Увеличение мощности РЛС с АФАР также требует наличия на борту мощного источника электроэнергии. Таковым может стать электрогенератор на валу ТРД.

Не меньшие, а то и большие возможности даст регулируемая степень двухконтурности, позволяющая создавать холодную реактивную струю за счет большой максимальной степени двухконтурности и, соответственно, больших пропускаемых объемов воздуха. При этом скорость истечения "холодной" реактивной струи будет соизмерима со скоростью истечения "горячей" струи.

По утверждению разработчиков АМНТК "Союз", в перспективном российском СВВП на базе ТРД Р579-300 может быть реализован вертикальный взлет без поворота основного сопла, за счет использования подъемного вентилятора и отбора воздуха от внешнего контура, который будет выбрасываться через направленные вниз небольшие сопла в центральной/хвостовой части фюзеляжа и на законцовках крыльев (последние должны использоваться для стабилизации СВВП). При этом температура реактивной струи, направленной вниз, составит порядка 150-200 градусов Цельсия, что полностью решит проблему разрушения материалов ВПП при вертикальном взлете (или взлете с коротким разбегом) перспективных СВВП.

Потенциально может быть рассмотрен вариант, когда не будет использоваться даже подъемный вентилятор, а вертикальный взлет и посадка будут осуществляться только за счет отвода воздуха от "холодного" контура в сопла, расположенные в нескольких точках фюзеляжа СВВП.

А ведь именно высокая температура реактивной струи существенно затрудняет эксплуатацию СВВП как на кораблях, так и на суше.

Помимо обеспечения возможности "холодного" вертикального взлета и посадки, а также обеспечения энергией перспективных лазерных комплексов самообороны, средств РЭБ и РЛС с АФАР, подъемный вентилятор и адаптивная степень двухконтурности позволят реализовать в перспективном СВВП еще несколько преимуществ.

Дополнительные преимущества

Большой объем холодного воздуха, получаемый от второго контура ТРД, может быть использован не только на этапе вертикального взлета и посадки. Одним из перспективных и эффективных способов улучшения аэродинамики и управляемости летательного аппарата во всем диапазоне высот и скоростей полета является управление пограничным слоем.

Управление пограничным слоем заключается в обеспечении безотрывного обтекания крыла в большом диапазоне углов атаки за счет увеличения энергии пограничного слоя. Воздействие на пограничный слой необходимо, чтобы ослабить или предотвратить срыв потока на обтекаемой поверхности. В СССР сдув пограничного слоя использовался у истребителей МиГ-21 для увеличения подъемной силы крыла при взлете и посадке - воздух под высоким давлением подавался через щель в передней кромке закрылков.

В перспективном СВВП с ТРД Р579-300 управление пограничным слоем позволит не только повысить эффективность работы органов управления, но и, например, компенсировать недостатки аэродинамической эффективности фюзеляжа, которые могут возникнуть в результате его оптимизации для снижения радиолокационной заметности.

Возможность ТРД создавать мощный поток холодного воздуха может быть использована для реализации газодинамического управления СВВП, что, в свою очередь, может привести к уменьшению размеров аэродинамических органов управления или даже отказу от некоторых из них и, как следствие, к уменьшение радиолокационной заметности боевого самолета.

Ну и, наконец, холодный воздух может быть использован для охлаждения сопла ТРД и других элементов конструкции, что уменьшит дальность обнаружения перспективного СВВП инфракрасными сенсорами и сократит вероятность его поражения ракетами с инфракрасными головками самонаведения (ИК ГСН).

В принципе, все это может быть реализовано и на самолетах с горизонтальным взлетом и посадкой в том случае, если в них будет установлен двигатель с большой степенью двухконтурности, но у СВВП есть еще одно преимущество, которое зачастую рассматривается только как недостаток - его подъемный вентилятор.

Подъемный вентилятор

Само по себе использование подъемного вентилятора более эффективно, нежели применение отдельных реактивных двигателей, как минимум из-за меньшего расхода топлива и холодного воздушного потока, создаваемого подъемным вентилятором, не разрушающего ВПП так, как это делает направленная вниз раскаленная струя реактивного двигателя.

Помимо этого, реализация подъемного вентилятора потребует освоения технологии отбора большой мощности с вала ТРД. Побочным эффектом этой технологии станет возможность размещения на валу ТРД, кроме собственно подъемного вентилятора, еще и генератора электрической энергии, жизненно необходимого для обеспечения электропитанием бортовых лазерных комплексов самообороны, средств РЭБ и РЛС с АФАР, о чем уже говорилось выше.

Наличие на борту СВВП мощных источников электроэнергии и подачи воздуха позволит полностью отказаться от ненадежных и пожароопасных гидравлических приводов в пользу электрических и пневматических приводов.

Наряду с топливом, воздух является важнейшим компонентом, позволяющим ТРД реализовать все заложенные в него характеристики. Существуют ситуации, когда количество воздуха, поступающего к ТРД, установленного на борту летательного аппарата, становится недостаточным. Эта проблема может возникать при эксплуатации самолета на высокогорных аэродромах, на больших высотах полета или при интенсивном маневрировании.

В этой ситуации перспективный СВВП может использовать подъемный вентилятор для нагнетания к двигателю дополнительных объемов воздуха, при открытых верхних створках и закрытых нижних створках. В этом случае воздушный поток по специальным каналам будет поступать на вход ТРД, позволяя ему работать на максимальной мощности.

Например, где-то на высокогорном аэродроме для взлета "классического" боевого самолета с полной боевой нагрузкой потребуется ВПП протяженностью полтора километра, тогда как СВВП за счет обеспечения ТРД дополнительными объемами воздуха осуществит "горизонтальный" взлет с ВПП протяженностью 300-500 метров.

Выводы

Рост удельной и максимальной, форсажной и бесфорсажной мощности ТРД во многом нивелирует различия между "классическими" летательными аппаратами и СВВП.

Можно предположить, что характеристики перспективных "классических" боевых самолетов и СВВП будут различаться в пределах 10-15 %. Например, у СВВП будет на 1-2 тонны меньше боевая нагрузка, что терпимо, если у "классического" самолета она будет 8 тонн, а у СВВП 6-7 тонн, все равно на самолете просто не хватит точек подвески, особенно внутрифюзеляжных, чтобы навесить вооружений на такую массу. Или перегоночная дальность у "классического" самолета будет на 200-300 километров больше, чем у СВВП, что не критично, когда она составляет порядка трех-четырех тысяч километров.

При этом у СВВП будут преимущества, реализовать которые на "классических" боевых самолетах не получится.

В условиях революционного развития космических средств разведки и высокоточного оружия большого радиуса действия, в том числе гиперзвукового, обеспечить выживаемость боевой авиации при внезапном ударе противника может только возможность рассредоточения боевых самолетов по небольшим замаскированным аэродромам.

Сочетание СВВП и развитых служб оперативного развертывания мобильных аэродромов позволит создать максимально устойчивый к нанесению противником глубоких ударов парк боевой авиации.

Ну и, разумеется, свою нишу СВВП найдут и на российском военно-морском флоте (ВМФ).

 
Ссылки по теме:
Дайджест прессы за 8 октября 2021 года | Дайджест публикаций за 8 октября 2021 года
Авторские права на данный материал принадлежат сайту «Военное обозрение». Цель включения данного материала в дайджест - сбор максимального количества публикаций в СМИ и сообщений компаний по авиационной тематике. Агентство «АвиаПорт» не гарантирует достоверность, точность, полноту и качество данного материала.

Комментарии к новости