Самолеты схемы «утка»
... продожение...
ВОЗРОЖДЕНИЕ «УТКИ»
Успех истребителя «Вигген» способствовал возникновению новой волны интереса к рассматриваемой аэродинамической схеме, особенно в области самодельных и ультралегких летательных аппаратов. Некоторые из разработанных конструкций демонстрировали очень хорошие характеристики. Это объясняется, главным образом, малой массой таких аппаратов и низкими скоростями полета, что, по сути дела, ставило их в разряд мотопланеров. Некоторые из этих самолетов обладают очень высокими характеристиками благодаря применению последних достижений в области аэродинамики (в частности, новых аэродинамических профилей), новых технологий, позволяющих обеспечить высокое качество поверхности, а также использованию в качестве проектного инструмента ЭВМ.
«Вари-Вигген» Б. Рутана
Явно вдохновленный «Виттеном» Берт Рутан в 1967 году построил двухместный любительский спортивный самолет (с размещением летчиков по схеме «тандем»), характерной особенностью которого явилось наличие ПГО (рис. 18). Конструкция самолета-деревянная. Хорошо зная о неудачах ранее созданных самолетов схемы «утка», другие проектировщики предсказывали аналогичную неудачу и для «Вари-Виггена» (названный в честь истребителя «Вигген», самолет имел приставку «Вари», означавшую изменяемую геометрию; на этом самолете Б. Рутан опробовал несколько различных типов крыла). Однако критики недооценили большой инженерный опыт Рутана и присущее ему конструкторское чутье. «Вари-Вигген» получился весьма удачным и вскоре стал широко продаваться в виде комплекта для любителей. К середине 1980-х гг. было продано примерно 900 комплектов деталей и оборудования для сборки этих самолетов. «Вари-Вигген» представляет собой самолет с крылом большой стреловидности и малого удлинения, оснащенный несущим ПГО, которое состоит из неподвижного горизонтального стабилизатора с рулями высоты. Самолет оснащен трехопорным шасси.
Основные данные: силовая установка — двигатель 0-320 мощностью 150 л. с. (110 кВт) фирмы «Лайкоминг»; размах крыла в первых вариантах самолета составлял 5,8 м, а впоследствии был увеличен до 7,2 м; исходная площадь крыла 11,1м2; взлетная масса 770 кг; максимальная скорость 262 км/ч.
«Вари-Изе» Б. Рутана
Успех «Вари-Виггена» вдохновил Рутана на создание более совершенного двухместного самолета схемы «утка», предназначенного для тех же целей — продажи в виде комплекта деталей авиаторам-любителям. Конструкция самолета была предельно упрощена: основной конструкционый материал-древесина и пенопласт, позволяющие существенно упростить сборку самолета в домашних условиях (отсюда и название «Вари-Изе»). По своему внешнему облику «Вари-Изе» больше напоминает ХР-55, чем «Вигген», хотя для «Вари-Изе» характерно несущее ПГО (рис. 19). Рули направления установлены на закон- цовках крыла (типа крылышек Уиткомба) — Рутан снова ввел в авиационную моду эти уже почти забытые устройства, повышающие аэродинамическое качество крыла. Весьма необычным элементом конструкции является то, что в трехопорном шасси убирающейся является лишь носовая опора. Такое конструктивное решение было принято с целью обеспечения возможности опускать нос самолета для посадки в него летчика. Самолет совершил первый вылет в мае 1975 года.
Первые модели «Вари-Изе» оснащались модифицированным автомобильным двигателем фирмы «Фольксваген — мощностью 62 л. с. (46,3 кВт). В таком варианте самолет установил рекорд дальности полета по замкнутому маршруту в своем весовом классе (до 500 кг — 2621 км). Для достижения более высоких характеристик Рутан сделал стандартным двигателем самолета «Вари-Изе» двигатель «Континенталь 0-200» мощностью 100 л. с. (73^ кВт). К 1985 г. было построено более 400 таких машин, что делает этот самолет одним из наиболее популярных двухместных любительских самолетов.
Несколько позже на рынке появился увеличенный вариант этого самолета - «Лонг-Изе», оснащенный двигателем 0-235 фирмы «Лайкоминг» мощностью 115 л. с. (84,5 кВт). Этот самолет также стал рекордным: на нем установлен рекорд дальности беспосадочного полета по прямой без дозаправки (более 6440 км).
Основные данные «Вари-Изе» (с двигателем 0-200): размах крыла 6,76 м; площадь крыла 4,98 м2; взлетная масса 476 кг; крйсерская скорость 314 км/ч.
«Птеродактиль Пи-тревелер»
Среди планеристов аэродинамическая схема «бесхвостка» довольно популярна. Со временем летчики стали искать возможность установки на свои планеры небольших (10-20 л. с.) двухцилиндровых двигателей. Первые образцы таких мотопланеров отличались предельной простотой-главная проблема состояла в том, чтобы найти подходящее место для двигателя и способ его установки.
В последнее время популярность мотопланеров чрезвычайно возросла; со временем эти машины получили общее название «ультралегкие летательные аппараты». Большинство стандартных планеров было оснащено мотором, хотя многие ультралегкие летательные аппараты целенаправленно проектируются как малые, нередко оригинальные, самолеты.
Характерным примером переоборудования популярного планера в мотопланер с последующей модификацией, направленной на улучшение характеристик, является «Птеродактиль». В исходном варианте это была «бесхвостка» с крылом умеренной стреловидности. В варианте мотопланера этот аппарат завоевал еще большую популярность. Четыре «Птеродактиля» использовались в ходе первого в истории США трансконтинентального перелета ультралегких летательных аппаратов от побережья Атлантического океана до побережья Тихого океана в 1979 году.
Более совершенной моделью является «Птеродактиль Пи-тревелер» (рис. 20), в котором сохранено базовое крыло, но добавлено плоское ПГО, установленное на двух алюминиевых балках. Целью установки ПГО являлось повышение маневренных характеристик аппарата. Это оперение не имеет профилировки и не создает подъемной силы.
- Основные данные: силовая установка - двигатель «Кайюна» мощностью 30 л. с. (22 кВт); размах крыла 10,06 м; взлетная масса 204 кг; максимальная скорость 88,6 км/ч.
«Голдуинг»
Самолет «Голдуинг» является примером «утки», с самого начала разрабатывавшейся в качестве ультралегкого летательного аппарата. Аппарат. (рис. 21) имеет фюзеляж самолетного типа и крыло-моноплан (что позволило исключить многочисленные расчалки, характерные для большинства маятниковых планеров и созданных на их основе ультралегких самолетов). Интенсивные работы по совершенствованию этого летательного аппарата привели к тому, что «Голдуинг» стал обладать наивысшими характеристиками (для данной мощности силовой установки) среди летательных аппаратов этого класса.
Основные данные: силовая установка- двигатель «Кайюна» мощностью 30 л. с. (22 кВт); размах крыла 9,15 м; взлетная масса 219 кг; максимальная скорость 112,7 км/ч.
ЛЕГКИЕ САМОЛЕТЫ-ИСТРЕБИТЕЛИ
Успех самолета «Вигген» и самодельных летательных аппаратов обратил на себя внимание крупных авиастроительных фирм, и в первую очередь корпораций, занимающихся разработкой истребителей. В период с 1986 по 1988 гг. на летные испытания вышли сразу четыре легких самолета-истребителя, выполненных по схеме «утка»: в июне 1986 г. французский «Рафаль», в августе 1986 г. западноевропейский экспериментальный истребитель ЕАР, в декабре 1986 г. израильский «Лави» и летом 1988 г. — шведский «Гриппен». Авиаконструкторов привлекла возможность повышения маневренности самолетов за счет увеличения допустимых углов атаки из-за влияния аэродинамического следа ПГО на крыло, а также расширение допустимых диапазонов центровок.
«Рафаль»
Самолет «Рафаль» корпорации «Дассо-Бреге» предназначен для замены самолетов непосредственной поддержки войск «Ягуар», самолетов-разведчиков «Мираж III» и палубных самолетов «Крусейдер» и «Сюпер Этандар». Кроме того, он должен эффективно дополнять самолеты «Мираж 2000», решая задачи перехвата и ведения воздушного боя.
Разработка самолета началась в 1983 г., а сборка первого опытного экземпляра, получившего обозначение «Рафаль-А», завершена в декабре 1985 г.
«Рафаль-А» — одноместный двухдвигательный среднеплан с треугольным крылом переменной стреловидности по передней кромке и цельноповоротным ПГО (рис. 22). Аэродинамические поверхности управления, помимо ПГО, включают трехсекционные предкрылки и элевоны, устанавливаемые на каждой консоли крыла, и руль направления обычной схемы на стреловидном киле.
Одной из особенностей самолета является размещение ПГО на наплывах фюзеляжа выше плоскости крепления крыла позади кабины летчика.
ПГО и другие аэродинамические рули управляются электрогидравлическими приводами от четырехканальной электрической системы дистанционного управления (ЭСДУ), работающей в автоматическом и директорном режимах. Применение ЭСДУ позволило реализовать автоматическое отклонение рулевых поверхностей (ПГО, элевонов, предкрылков) при выполнении эволюций с целью повышения маневренности самолета, а также обеспечить непосредственное управление подъёмной силой без изменения угла тангажа или атаки.
Крыло самолета выполнено по многолонжеронной схеме с углом стреловидности по передней кромке 58° в корневой части и 46° вне ее. Удлинение крыла 2,66, а удельная нагрузка не превышает 4260 Н/м2. Киль самолета с углом стреловидности по передней кромке 58° сконструирован по классической двухлонжеронной схеме с рулем направления. Шасси самолета (трехопорное с одинарными колесами на каждой стойке) обеспечивает посадку при вертикальной скорости снижения 4 м/с. Уборка шасси осуществляется против направления полета, причем основные стойки при уборке поворачиваются на 90° для горизонтального размещения колес в нише фюзеляжа.
Нерегулируемые воздухозаборники самолета-секторного сечения, размещены по бокам нижней части фюзеляжа под фюзеляжными наплывами и обеспечивают устойчивую работу двигателей при скорости полета М = 2 и больших углах атаки. В качестве двигателей использовались ТРДДФ F404-GE-400 американской фирмы «Дженерал электрик» с максимальной форсажной стендовой тягой 7250 даН.
Вооружение самолета состоит из встроенной пушки «Дефа-554» калибром 30 мм, установленной сбоку носовой части фюзеляжа, а также разнообразного управляемого и неуправляемого оружия, размещаемого на 12 наружных точках подвески (6 подфюзеляжных и 6 подкрыльевых). Общая масса боевой нагрузки может достигать 3500 кг.
На базе самолета «Рафаль-А» с учетом результатов его летных испытаний французскими специалистами разработан боевой вариант самолета, получивший обозначение «Рафаль-В». Новый вариант истребителя отличается от своего прототипа меньшими размерами (длина фюзеляжа и размах крыла уменьшены соответственно на 0,8 м и 0,46 м), масса топлива сокращена на 400 кг, двигатели F404 должны быть заменены на более легкие и экономичные (М.88 фирмы SNECMA). Проводимые мероприятия, наряду с более широким внедрением в конструкцию самолета композиционных материалов, должны позволить снизить массу пустого снаряженного самолета на 500-800 кг.
Основные данные (самолет «Рафаль-А»): длина 15,5 м; размах крыла 10,6 м; максимальная скорость 1480 км/ч; максимальное значение числа Маха (на высоте) 2; максимальная вертикальная перегрузка 9; максимальная взлетная масса 20000 кг; запас топлива во внутренних топливных баках 4500 кг.
ЕАР
Экспериментальный истребитель ЕАР (Experimental Aircraft Program) спроектирован фирмой «Бритиш эркрафт» в рамках программы разработки перспективного европейского истребителя EFA (European Fighter Aircraft). В создании самолета принимают участие Англия, ФРГ, Италия и Испания, которые организовали консорциум NEFMA со штаб-квартирой в Мюнхене. Предполагаемый объем выпуска самолетов-около 1000, причем 800 самолетов предназначается для стран-членов консорциума, а остальные для Бельгии, Дании и Норвегии. Самолет EFA разрабатывается как альтернатива французскому «Рафалю». Следует отметить, что первоначально французские фирмы участвовали в разработке проекта EFA, однако из-за несогласия по некоторым аспектам тактико-технических требований к самолету с остальными участниками вышли из объединения и приступили к формированию собственной концепции самолета.
Разработка самолета ЕАР началась в 1983 г., и к моменту создания потребовала около 200 млн. ф.ст. Первый полет состоялся в августе 1986 года; к ноябрю 1987 года было выполнено более 120 полетов.
Программа создания самолета включает оценку принятых принципов проектирования истребителя EFA, проверку летно-технических характеристик статически неустойчивого самолета, выполненного по схеме «утка», изучение возможностей широкого применения композиционных материалов и перспективных технологий изготовления планера, отработку бортового радиоэлектронного оборудования.
ЕАР (рис. 23) представляет собой одноместный двухдвигательный моноплан с низкорасположенным крылом типа двойная дельта и цельноповоротным ПГО.
Отличительной особенностью самолета является переднее горизонтальное оперение малой площади, установленное с отрицательным углом поперечного V (—5°) в передней части фюзеляжа, практически сразу же после носового обтекателя РЛС под козырьком фонаря кабины. ПГО используется для балансировки самолета и управления по тангажу совместно с двухсекционными флаперонами, расположенными вдоль всего размаха задней кромки каждой консоли крыла. Применение ПГО вместо классического хвостового стабилизатора, по мнению фирмы, позволило получить более плавные обводы хвостовой части фюзеляжа и тем самым уменьшить аэродинамическое сопротивление. Кроме ПГО, к аэродинамическим поверхностям управления самолета относятся флапероны, двухсекционные отклоняемые носки, руль направления и тормозные щитки. Управление всеми отклоняемыми аэродинамическими поверхностями (кроме тормозных щитков) обеспечивается с помощью четырехканальной цифровой системы ЭСДУ, которая обеспечивает автоматическое отклонение ПГО, носков и флаперонов в зависимости от скорости полета и угла атаки с целью достижения максимального аэродинамического качества при маневрировании и минимального аэродинамического сопротивления при прямолинейном полете.
Крыло самолета многолонжеронной конструкции имеет переменный угол стреловидности по передней кромке (стреловидность корневой части 57°, внешней части 45°) и дополнительный малогабаритный наплыв большой стреловидности в месте сочленения носка корневой части крыла с фюзеляжем. Особенностью конструкции крыла является использование многослойной композиционной обшивки, приклеиваемой к несущему каркасу, а также выполнение части лонжеронов крыла из композиционных материалов.
Конструкция вертикального оперения заимствована у самолета «Торнадо», как и двигатели RB.199Mk104 (ТРДДФ тягой 75 кН на форсаже).
Еще одной особенностью самолета является спаренный подфюзеляжный воздухозаборник прямоугольного сечения с выдвинутой вперед разделительной перегородкой, расположенной в носовой части фюзеляжа под кабиной. Нижняя передняя панель воздухозаборника выполнена подвижной для изменения входного сечения в зависимости от угла атаки и скорости полета.
Основные данные: длина самолета 14,7 м; размах крыла 11,2 м; высота 5,52 м; максимальное число Маха (на высоте) 2; максимально допустимый угол атаки 35°; максимальная вертикальная перегрузка (достигнутая) 5.
«Лави»
Фирма «Исраэл эркрафт индастриз» приступила к разработке самолета в 1983 г. с целью создания перспективного истребителя-бомбардировщика для непосредственной поддержки войск. Самолет должен был заменить устаревшие «Скайхок», «Кфир» и «Фантом-2». Разработка самолета велась при непосредственном участии и поддержке США. Намечалось выпустить около 300 боевых самолетов с ориентировочной стоимостью 20 млн. долл. Принятие на вооружение планировалось на 1990 г. В декабре 1986 г. был облетан первый опытный экземпляр, а весной 1987 г-второй.
Однако в процессе разработки истребителя и его испытаний США пересмотрели свою точку зрения и стали отрицательно относиться к созданию этого самолета, быть может, опасаясь конкуренции истребителям F-16 и F-18. Под нажимом США в 1987 г. было принято решение о прекращении дальнейших работ над «Лави», а вместо него Израилю были предложены самолеты F-16.
Самолет (рис. 24) выполнен по схеме «утка» с цельноповоротным ПГО, расположенным в передней части фюзеляжа, выше линии установки консолей крыла. Управление двухсекционными элевонами, предкрылками, рулем направления и ПГО осуществляется с помощью электродистанционной цифровой системы управления американского производства. Американского производства и двигатель самолета — PW1120 фирмы «Пратт-Уитни» со статической форсажной тягой 9350 даН.
Особенностью самолета можно считать довольно высокий процент применения композиционных материалов (~25%), из которых изготовлены ПГО, обшивка крыла, киль, аэродинамические рули, люки, створки шасси, несиловые элементы конструкции крыла и фюзеляжа.
Основные данные: длина самолета 14,6 м; размах крыла 8,78 м; высота 4,8 м; максимальная взлетная масса 19 300 кг; максимальная масса боевой нагрузки 2720 кг; запас топлива во внутренних баках 2720 кг; запас топлива в подвесных баках 4165 кг; максимальная приборная скорость 1480 км/ч; дальность полета на малой высоте 1100 км; длина разбега 300 м.
«Гриппен»
Самолет JAS-39 «Гриппен» разработан щведской фирмой «СААБ-Скания» в рамках программы создания перспективного истребителя 1990-х гт. для решения задач воздушного боя, непосредственной поддержки войск и ведения разведки. Принятие самолета на вооружение планируется в 1992 г.; он должен заменить J35 «Дракен» и J37 «Вигген». Ориентировочная стоимость программы разработки и производства самолетов составляет 7 млрд, долл.
Самолет JAS-39 (рис. 25) построен по такой же схеме, как и рассмотренные выше «Рафаль», «Лави», ЕАР, однако имеется и ряд существенных отличий. К ним следует отнести сравнительно малые размеры самолета (длина 14 м, размах крыла 8 м, высота 4 м) и требование возможности эксплуатации с использованием прямых участков автострад (длина 800÷900 м, ширина 12÷14 м). Еще одной особенностью является требование выполнения сверхзвукового крейсерского полета и высокой маневренности на дозвуковых скоростях. Последнее достигается малым запасом продольной статической устойчивости и высокой тяговооруженностью. Отмечается, что при взлетной массе 8000 кг форсированная тяга двигателя должна составлять 8170 даН с доведением в перспективе до 10000 даН.
ТРДДФ типа RM12, разработанный фирмой «Вольво флюгмотор», имеет массу 1050 кг и нефорсированную максимальную стендовую тягу 5400 даН.
На JAS-39 применены боковые плоские воздухозаборники вместо подфюзеляжных с целью защиты двигателя от попадания посторонних предметов при эксплуатации с автострад. Крыло самолета имеет среднее расположение, а каждая консоль-геометрический уступ передней кромки.
В конструкции самолета широко используются композиционные материалы (~30%), из которых выполнены ПГО, киль, элементы консолей крыла, аэродинамические рули, лючки, створки и т. д. Технология производства элементов из композиционных материалов заимствована у английской фирмы ВАС.
Вооружение истребителя «Гриппен» состоит из встроенной пушки «Маузер» калибра 27 мм, ракет Rb.15F, «Мейверик», «Сайдуиндер», «Скай Флеш» и бомб различного типа, размещаемых на внешней подвеске.
П. Бауэрс. Летательные аппараты нетрадиционных схем
Москва «Мир» 1991
Книга американского специалиста представляет собой обзор самолетов, вертолетов и других летательных аппаратов оригинальной конструкции от начала века до наших дней. Содержит описания и фотографии более ста летательных аппаратов, разработанных конструкторами США, Франции, Англии, Италии и других стран.