Станислав Кашафутдинов
заместитель директора СибНИА
кандидат технических наук
лауреат Гос. премии РФ
Окончание. Начало в №4 1997

Если принять более переднюю центровку, то есть сделать самолет статически устойчивым, то проблема продольной балансировки исчезает. Но преимущества статически неустойчивого самолета в несущих свойствах и в аэродинамическом сопротивлении столь важны для маневренного истребителя, что стоило бороться за отыскание приемлемого компромиссного решения. На модели были рассмотрены различные способы увеличения пикирующего момента стабилизатора, и найден целый ряд таких способов. При этом были получены совершенно нетривиальные результаты по взаимовлиянию крыла и стабилизатора.

Су-27В процессе поиска решения нами была также поставлена задача увеличения пикирующего момента крыла на режимах маневрирования. Было предложено изменение формы крыла в плане с одновременным увеличением его площади за счет области задней кромки путем ее спрямления и добавления площади позади центра тяжести. Опыты в трубе подтвердили правильность этого выбора.

Препятствием к еще большему увеличению пикирующего момента крыла был достаточно ранний срыв потока. Совместно с аэродинамиками ОКБ мы пришли к твердому убеждению в необходимости отклоняемых носков.Это было подтверждено испытаниями моделей — полной и изолированных крыльев. Эффекты крутки крыла и отклонения носков удалось суммировать, но предсказать заранее результат было невозможно. И.Баславский говорил, что мы должны защитить и укрепить свои решения грудой отчетов, имея в виду отчеты СибНИА, а их было выпущено до конца 1977 г. ни много ни мало 27!

В 1976 г. руководителем темы Т-10 был назначен Михаил Петрович Симонов.

Подход М.Симонова к делу в корне отличался от того, который практиковали его предшественники.

Уже в 1975 — 1976 гг. нам стало совершенно ясно, что первоначальная компоновка обладает существенными недостатками. В совместной работе с аэродинамиками ОКБ был предложен целый ряд изменений. Однако самолет с первоначальной компоновкой был тем не менее построен и взлетел 20 мая 1977 г. Сказалась излишняя осторожность руководства ОКБ.

Главный принцип, которым руководствовался М.Симонов, был прост и ясен: если есть реальное средство улучшения компоновки, то необходимо использовать его. Ему чужда расхожая «мудрость»: лучшее — враг хорошего.
Второй принцип, который исповедовал М.Симонов, был также простым: необходимо создать абсолютное оружие.
Третий принцип: М. Симонов не считал зазорным напрямую работать с нашим сибирским институтом. Мы рассмотрели и обсудили все полученные ранее результаты, определили направление дальнейших исследований. Активно включился в эту работу и новый начальник отдела ОКБ О.Калибабчук.

Теперь наша работа пошла с ускорением. Надо было найти пути значительного увеличения угла атаки, при котором происходит потеря поперечной и путевой устойчивости. Стали далее варьировать форму корневых наплывов крыла, углы отклонения носков крыла и, наконец, место установки килей. Наиболее действенным оказалось максимальное разнесение килей, их установка на балках у корневых сечений поворотного стабилизатора. При этом повысилась эффективность и стабилизатора, и вертикального оперения. За счет удаления килей от продольной оси самолета подветренный киль при углах атаки свыше примерно 20 град. оказался выведенным из заторможенного следа наветренного крыла, наветренный же киль остался в этом следе. Но подветренный киль, сохраняя свою эффективность, увеличил значение угла атаки, при котором происходит потеря путевой устойчивости. Спорам о том, где должны проходить вихри от наплывов при полете без скольжения — между килями или у внешних сторон, — был положен конец. Вопрос заключался в том, как проходит заторможенный след от наветренного и подветренного крыльев при скольжении самолета. И если наветренный киль при больших углах атаки в любом случае оказывается в следе, то подветренному килю было найдено место между спутными следами наветренного и подветренного крыльев.

Итак, главному конструктору самолета Т-10 М.Симонову стало ясно, что все элементы аэродинамической компоновки самолета необходимо изменить. Огромный объем экспериментальных данных, полученных в СибНИА, показывал, как это сделать. При этом не подлежали сомнению фундаментальные признаки, заложенные Павлом Осиповичем Сухим, — интегральность, задняя центровка, система дистанционного управления (СДУ), нижнее размещение двигательных гондол. Михаил Петрович Симонов в 1976 г. сформировал компоновку с совершенно новым аэродинамическим обликом. При этом он ввел исключительно важный элемент — адаптивное отклонение механизации передней и задней кромок. Это было логическим расширением функций СДУ, приближающим поляру самолета к так называемой огибающей поляре — наилучшей из всех возможных для данного самолета. С учетом других изменений в конструкции, силовой установке и бортовом комплексе получился совершенно новый, радикально улучшенный самолет. Но, как это не парадоксально, он должен был завоевать право на существование! Ведь тогдашний генеральный конструктор Е.Иванов не видел необходимости в значительных изменениях самолета, надеясь «довести» первоначальную компоновку, несмотря на то, что и в летных испытаниях выявились существенные, а на наш взгляд, — неустранимые дефекты. Министр В.Казаков воспринял предложение М.Симонова как попытку «развалить самолет». Видя непригодность первоначальной компоновки для высокоманевренного истребителя, Михаил Петрович сумел отстоять свое предложение. Началась работа по проектированию настоящего самолета Су-27, который был запущен в серийное производство и стал родоначальником всего последующего семейства.

Интересно отметить, что, хотя все рекомендации по изменению компоновки были выработаны на основе результатов испытаний моделей в дозвуковой аэродинамической трубе Т-203 СибНИА, последующие проверки в сверхзвуковых трубах и в натуре показали, что они не противоречили требованиям около- и сверхзвукового полета.

Первый серийный самолет — настоящий Су-27 — взлетел 20 апреля 1981 г., однако ему предшествовала интенсивная работа на моделях в аэродинамической трубе Т-203: в 1978 г. — 755 ч, в 1979 г. — 1068 ч, в 1980 г. — 860 ч. Шел тщательный поиск, направленный на уточнение параметров компоновки.

Нами было составлено техническое задание, утвержденное первым заместителем министра И.Силаевым и обязывающее обеспечить управляемость самолета до угла атаки 90 град. Поэтому было изготовлено несколько малых моделей для круговых испытаний и проведены испытания в диапазоне углов атаки 90 град. и 180 град. Показаны возможность управления вплоть до угла атаки около 90 град. и наличие очень большого пикирующего момента на больших углах атаки даже при полностью отклоненном на режиме кабрирования стабилизаторе. Это была предпосылка для будущей «кобры»!

Большое внимание СибНИА было уделено аэродинамике при неустановившихся движениях. Ю.Прудниковым были проведены обширные опыты по исследованию характеристик аэродинамического демпфирования и выявлены области кинематических параметров, в которых возникает «антидемпфирование».

Летные испытания самолетов первоначальной компоновки (их было выпущено девять экземпляров — «опытная» серия) показали, наряду с другими недостатками, наличие совершенно неприемлемого уровня тряски конструкции при углах атаки, превышающих 8 град. И хотя наши опыты задолго до полетов позволяли предвидеть это, встал вопрос о более точном методе прогнозирования тряски. Было проведено совместное исследование СибНИА, ОКБ Сухого и ЛИИ (В.Грачев) по сопоставлению суммарной подъемной силы и распределения давлений по крылу (стационарных и нестационарных) на модели в аэродинамической трубе Т-203 СибНИА и в полете. В качестве объекта для исследований была выбрана летающая лаборатория 100Л. Получено хорошее согласование с продувками. Затем в трубе Т-203 были измерены нестационарные давления на крыле модели Т-10 «опытной» компоновки. Все это позволило найти критерий возникновения тряски. Критерий был применен для анализа результатов испытаний в трубе модели серийного Су-27. Показано, что новая форма крыла в плане в сочетании с новой формой корневых наплывов существенно снижает уровень пульсационного нагружения, но особенно эффективным оказывается отклонение носков крыла. Полеты серийных самолетов полностью подтвердили эти выводы. Проблема тряски была снята.

Любопытно сравнение различных подходов к устранению недостатков. Когда ОКБ готовило к первым полетам самолет первоначальной компоновки, необходимо было увеличить чрезвычайно низкий угол атаки, при которой теряется путевая устойчивость. ЦАГИ рекомендовал установить в корне крыла перегородки. Действительно, при этом произошло некоторое улучшение путевой устойчивости, но за счет значительного ухудшения несущих свойств. Перегородки разрушали вихревую систему наплывов и ускоряли разрушение вихрей на консолях. Корневые наплывы в этом случае теряли всякий смысл.

Наш подход, который в полной мере одобрял М.Симонов, не допускал «улучшения путем ухудшения». Проводились кропотливые испытания многочисленных вариантов корневых наплывов крыла, углов отклонения носков крыла, различных параметров вертикального оперения, формы поперечных сечений носовой части фюзеляжа. Поэтому мы и находили приемлемые решения. Наш стратегический принцип можно охарактеризовать как «и / и», их принцип — «или / или».

С приходом М.П.Симонова к руководству темой Су-27, а затем и ОКБ Сухого горизонты наших исследований расширились. Были проведены испытания по тем временам совершенно «экзотических» вариантов компоновки самолета Су-27: с крыльями отрицательной стреловидности, с передним горизонтальным оперением (ПГО); выполнено моделирование работы двигателей. Очень много опытов проводилось по поиску средств обеспечения непосредственного управления подъемной и боковой силами. В трубе Т-203 был проведен уникальный эксперимент. На экране с движущейся поверхностью смоделировано качение колеса носовой стойки шасси. При работающих воздухозаборниках под колесо вводились частицы, и проводилась киносъемка траекторий их движения при различных защитных устройствах на колесе. Была изучена возможность защиты входов в двигатели при движении самолета по ВПП.

К концу 1981 г. число выпущенных СибНИА научно-технических отчетов о результатах испытаний превысило 60. Был сделан бесспорный вывод в пользу переднего горизонтального оперения как средства комплексного улучшения всех аэродинамических свойств самолета. Неслучайно поэтому в мае 1985 г. взлетел самолет Т-10-24 (доработанный Су-27) с передним горизонтальным оперением. Это позволило на корабельном самолете Су-33 установить ПГО в качестве неотъемлемой части компоновки.

Главного, а с 1983 г. — генерального конструктора ОКБ Сухого М.Симонова не оставляла мысль об использовании управляемого вектора тяги. В западной литературе уже тогда писали о двумерных прямоугольных соплах как наиболее удобных устройствах для управления вектором тяги. Но М.П.Симонов выбрал свой путь: отклонение осесимметричного сопла. Мы провели несколько серий испытаний модели с моделированием работы двигателей с поворотными осесимметричными соплами, хотя моделировали и плоские сопла. К 1985 г. стал вполне ясным расклад сил и моментов, возникающих при повороте сопл двигателей. Можно было приступать к проектированию самолета и соответствующего двигателя. Таким образом, был создан научно-технический задел для аэродинамической компоновки Су-37.

Общий объем испытаний модели Су-27 в трубе Т-203 СибНИА составил к 1985 г. 10 000 часов. Кроме того, были проведены испытания в Т-205 и Т-313, но несравненно меньшего объема. Если сравнить этот объем со статистическими данными Запада по затратам трубочасов, то наблюдается неплохое согласование самолета Су-27 со статистикой. Этого нельзя сказать о всех других самолетах, построенных в нашей стране. Объем трубных испытаний у нас, к сожалению, всегда был меньше, чем при создании аналогичных самолетов на Западе.

Самолет Су-27 из этой статистики выпадает. Поэтому понятны его выдающиеся летные характеристики и его огромный потенциал развития, породивший все семейство: Су-27УБ, Су-30, Су-33, Су-34, Су-35, Су-37. Это семейство обязано своим существованием трем источникам: замыслу Павла Осиповича Сухого по интегральной, статически неустойчивой компоновке; огромной творческой воле, интуиции и предвидению Михаила Петровича Симонова; уникальному по охвату экспериментальному материалу СибНИА.

1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (проголосуйте)
Загрузка...