Валерий Августинович - Битва за скорость. Великая война авиамоторов
Универсального способа примирения этих противоречий нет для любого типа самолета. Приходится выбирать: либо «незаметность» — и тогда о маневренности нужно забыть: «стелсы» летают «блинчиком», т. е. в узком диапазоне углов атаки, либо маневренность — и тогда «незаметность» отходит на второй план. На «стелсах» двигатель упрятан заподлицо с фюзеляжем (чтобы «не выступал» и не увеличивал ЭПР) либо снизу, либо сверху в специальных «желобах», но в этом случае увеличение угла атаки при маневре приводит к сплошному срыву потока на входе в двигатель — последний теряет работоспособность, входит в помпаж. На маневренных самолетах двигатель обычно вынесен в отдельные мотогондолы со свободным доступом воздуха в компрессор, что позволяет изменять угол атаки самолета в широком диапазоне, не оглядываясь на ограничения по двигателю. Но с незаметностью в этом случае будет хуже.
Когда проектировали F-111, о «заметности» специально еще не задумывались. Но аэродинамику самолета старались «вылизать» и «вылизали» в ущерб двигателю.
Вход в двигатель оказался сильно стеснен: воздухозаборники находились сбоку между крылом и фюзеляжем с загромождением кольцевого сечения входа на 75 %. Это, конечно, обусловило сильную неоднородность потока на входе в компрессор, которая увеличивалась при изменении скольжения самолета или его угла атаки. Все бы ничего, если бы эти особенности были учтены при выборе двигателя. Но на самолет поставили то, что было — TF-30, по сути, модификацию гражданского двухконтурного двигателя JT8D, дополнив его форсажной камерой. Особенностью этого двухвального двигателя было наличие «бустерных», или подпорных, ступеней на валу низкого давления. А эти ступени очень чувствительны к возмущениям потока на входе. В результате самолет F-111 оказался капризен, очень строг к незначительному отклонению от инструкции по эксплуатации. Чуть что — сразу помпаж. Эволюцию входного устройства — сверхзвукового воздухозаборника — можно проследить, сравнив их на самолетах F-111 и F-22. Оба вписаны в пространство между крылом и фюзеляжем, но во втором случае прямоугольный вход без загромождения сечения: опыт F-111 даром не прошел.
Кроме того, при проектировании двигателя TF-30 ухитрились выбрать числа оборотов роторов высокого и низкого давления кратным (10000 об/мин и 5000 об/мин), в результате чего сделали невозможным диагностику состояния роторов по частоте вибраций: то ли это первая форма колебаний ротора высокого давления, то ли вторая форма — ротора низкого давления. Были и другие проблемы. В общем, первый военный двухконтурный двигатель оказался крайне неудачным.
Малоудачным оказался и шведский подобный опыт. В попытках сохраниться как авиационная держава хотя бы в нише истребителей шведы купили у американцев гот же гражданский двигатель с подпорными ступенями JT8D и, приставив к нему форсажную камеру, получили «ублюдка» RM.8 После этого «бустерные» ступени никогда не использовались на военных двигателях. Англичане, закупив у американцев «Фантомы», о которых речь идет ниже, просто поставили на него свою модификацию гражданского двухконтурного двигателя «Спей» с форсажной камерой. Бустерных ступеней «Спей» не имел, но переделка гражданских двигателей в военные показала, что для боевых самолетов двухконтурные двигатели надо проектировать специально. Позже это подтвердил и отечественный опыт.
Но вот, наконец, в 1961 г. появляется на вооружении США и чистый образец нового поколения самолетов — двухдвигательный «Фантом» F-4. Новизна видна и в смене индексации самолетов: «сотые» индексы исчезли, начали опять с «нуля». «Фантом» F-4 — самолет «тяжелый» (взлетный вес 20 тонн), а вот в пару к нему тоже двухдвигательный «Нортроп F-5» — самолет легкий. Двигатель на «Фантоме» — J-79-GE, одновапьный турбореактивный с многоступенчатым компрессором, особенностью которого является большое количество рядов поворотных лопаток статора. Это позволяет обеспечивать устойчивую работу компрессора (без помпажа) в широком диапазоне режимов, т. е. сделать компрессор адаптивным. Вообще-то это — шедевр механики для своего времени.
Позже ОКБ Люльки сделало такой же компрессор на двигатель АЛ-21Ф для самолета МиГ-23, но, в общем, вряд ли это стоило делать, повторять зады и терять время. Уже тогда и можно, и надо было переходить на двухконтурные двигатели с высокими параметрами. Тем более что Люлька был одним из пионеров этого направления. Да и сам МиГ-23 был эпигонским самолетом — зачем-то сделали его с крылом изменяемой стреловидности, усложнив эксплуатацию и снизив весовую отдачу (шарнир крыла весил порядочно). Американцы делали такое крыло вынужденно для авиации ВМФ: при эксплуатации с авианосцев с их ограниченной длиной взлетной полосы необходимо было уменьшить скорость отрыва и посадки, т. е. увеличить подъемную силу крыла за счет увеличения его удлинения. У нас же авианосцев не было, а после эту проблему решили вообще другим способом — увеличением энерговооруженности самолета, применением катапульты и трамплина на палубе.
Воздухозаборники «Фантома» — боковые, с загромождением входа не на 75 %, как на F-111, а только на 50 %. Но самое главное — «Фантом» первоначально имел только ракетное вооружение, пушки не было вообще. Американскому «Фантому» советские ВВС могли противопоставить только МиГ-21, однодвигательный сверхзвуковой самолет, созданный в это же время. Он был значительно, в два раза, легче «американца» (9 тонн), имел и пушечное, и ракетное вооружение, что говорит о его маневренном назначении. То есть эти самолеты были разного класса. А вот двигатель Р-11 -300 на МиГ-21 был тоже инновационный, но, в отличие от одновального J-79, двухвальный со все той же сверхзвуковой ступенью компрессора. Всего в шести ступенях компрессора удалось за счет этого получить высокую для того времени степень сжатия, равную 10.
И вот эти самолеты встречаются в воздушных боях в небе над Северным Вьетнамом. Надо отдать должное мужеству вьетнамских летчиков: «Фантом» — серьезный противник, видит тебя издалека, атакует с дальней дистанции. По всему имеет превосходство.
Однако опыт боев во Вьетнаме показал, что применение самолетов воздушного боя с ограниченной маневренностью F-4 «Фантом», вооруженных только ракетами «Спарроу» и «Сайдуиндер», оказалось несостоятельным. Во всяком случае, против ожидаемого. Даже устаревшие МиГ-17 при энергичном маневрировании успевали уклониться от ракет, заходили «Фантомам» в хвост и расстреливали их из мощного пушечного вооружения. Соотношение потерь «мигов» и «американцев» составляло примерно 1:1. ВВС США были вынуждены срочно довооружить F-4 пушкой М-61 «Вулкан» калибра 20 мм большой скорострельности. Именно опыт вьетнамской войны подтолкнул США к скорейшей разработке концепции нового самолета воздушного боя, обладающего повышенной маневренностью, вооруженного управляемыми все-ракурсными ракетами и пушками, а также оснащенного новыми системами управления вооружением (увеличение дальности обзора и разрешающей способности, многоканальность).
