Столетняя история “летающего крыла” - Дмитрий Соболев

Между тем, в тщательно охраняемых авиационно-конструкторских центрах США уже шла работа над "летающими крыльями" отнюдь не коммерческого назначения. Стимулом для возрождения интереса к данной схеме были на этот раз не аэродинамические или весовые преимущества "летающего крыла", а совсем другой параметр — малая радиолокационная заметность.

Военные и авиаконструкторы всегда мечтали построить невидимый для противника самолет, способный незамеченным подлететь к цели и произвести разведку или внезапно обрушить на врага смертоносный груз. Были даже попытки создания самолетов, обтянутых вместо традиционного полотна прозрачным материалом типа целлулоида. Но покрытие оказалось непрочным и, к тому же загрязняясь, быстро теряло прозрачность. Поэтому пришлось ограничиться камуфляжной окраской, раскрашивая самолет сверху под цвет земной поверхности, а снизу покрывая его голубой краской, под цвет неба. При атаке хорошо защищенных с земли объектов часто применяли тактику ночных налетов.

Все попытки сделать самолет визуально незаметным потеряли смысл после появления в начале 40-х годов радиолокаторов. С помощью этого устройства можно было заблаговременно обнаружить вражеский летательный аппарат независимо от времени суток и совершенства камуфляжа. Сначала радиолокационные станции (РАС) применяли только в наземных силах ПВО, потом, когда их габариты и вес удалось уменьшить, их стали устанавливать и на самолетах. С середины 50-х годов практически все истребители снабжались бортовой РАС. Радиолокаторы использовались также для наведения с земли зенитных ракет.

Дальность обнаружения с помощью РАС зависит не только от совершенства самого локатора, но и от геометрических характеристик цели. Радиолокационная заметность самолета характеризуется величиной ЭПР (эффективная поверхность рассеяния), которая физически представляет собой площадь пластины, установленной под углом 90° к сигналу радиолокатора и полностью отражающей его. На ЭПР влияют как абсолютные размеры летательного аппарата, так и его внешняя форма. Сильнее всего отражают плоские вертикальные поверхности (киль, боковые стенки фюзеляжа и т.п.), а также места сочленения частей самолета.

В первые годы развития реактивной авиации радиолокационной заметности самолета уделяли мало внимания — ставка делалась на скорость и высоту полета. Так, когда в конце 40-х годов при испытаниях YB-49 было установлено, что этот самолет трудно "засечь" радиолокатором[2], военные, тем не менее, выбрали более скоростной В-47. Но с развитием зенитных управляемых комплексов ни скорость, ни высота уже не гарантировали преодоление линии ПВО. И тогда конструкторы и военные задумались над созданием невидимого для радиолокатора самолета.

Надо сказать, что первая попытка уменьшить радиолокационную заметность самолета была предпринята еще в годы второй мировой войны. В 1944—1945 гг. братья Хортен намеревались применить на серийных экземплярах реактивного истребителя Но.IX двухслойную обшивку, заполненную специальной смесью, в которую входил бы древесный уголь, делающий самолет малозаметным для радаров.[3] В 60-е годы в конструкции носков крыла и элевонов сверхзвукового разведчика SR-71 был применен поглощающий радиоволны материал с пластиковым сотовым заполнителем, кили сделаны из "радиопрозрачного" композиционного материала, а весь самолет покрыт особой ферромагнитной краской, которая не только повышала теплоотдачу в полете, но и уменьшала радиолокационную заметность летательного аппарата. Однако эти меры давали лишь частичный эффект. Чтобы самолет был действительно незаметен для радиолокатора, необходимо было полностью отойти от обычных принципов проектирования и, пожертвовав требованиями аэродинамики, создать такую компоновку, которая обеспечивала бы отражение электромагнитных волн в сторону от локатора. Как показывали исследования, для дозвукового самолета наиболее многообещающей была схема типа "летающее крыло".

Работы по созданию специального самолета-"невидимки" развернулись в США в середине 70-х годов. Программа получила название "Харви", по имени гигантского невидимого кролика — героя популярного детского фильма. Победителем в конкурсе стала фирма Локхид.

Для разработки внешней формы самолета инженер-программист Д.Оверхользер и математик Б.Шредер создали компьютерную программу "Эхо-1". Она основывалась на теоретических исследованиях законов электромагнитных волн Д.Максвелла, А.Зоммерфельда и, как пишут американцы, на сравнительно недавней публикации советского физика П.Уфимцева "Метод краевых волн в физической теории дифракции". Однако для практического применения теории требовались упрощения исходных условий. Один из ведущих сотрудников "Локхида" Б.Рич рассказывает:

"Нововведением стало использование концепции Шредера, заключающейся в упрощении формы самолета за счет перехода к плоским поверхностям. В результате получился "фасеточный" самолет, контуры которого образовывались не плавно изогнутыми поверхностями, как обычно, а набором плоских панелей. Шредер понимал, что только в этом случае величина радарного отражения может быть подсчитана математически. Если каждую плоскость установить под таким утлом, что она будет отражать луч радара в сторону от источника электромагнитных волн, и если выбранная форма летательного аппарата сможет обеспечить необходимую подъемную силу, то задачу создания самолета-"невидимки" можно считать решенной."[4]

Экспериментальный самолет "Хэв блю" перед началом испытаний.

В 1976 г. началась постройка двух экспериментальных самолетов, которым присвоили название "Хэв блю". Это были весьма скромные по размерам и скорости машины. Они представляли собой дозвуковой одноместный самолет- "бесхвостку" с двумя двигателями Дженерал Электрик J-85-GE-4A с тягой по 1340 кгс. Длина аппарата равнялась 14,4 м, размах крыла — 6,9 м, площадь крыла — 35,9 м². Угол стреловидности крыла из условий малозаметности был сделан очень большим — 72,5°, сзади крылу также придали изогнутые очертания. По той же причине переднюю кромку сделали острой, а контур крыла был образован плоскими линиями, хотя сравнительно невысокая расчетная скорость (М = 0,8), казалось бы, диктовала другую форму профиля. Вертикальное оперение — двойное, с наклоненными внутрь, как у SR-71, килями.

Самолет был спроектирован статически неустойчивым. Это потребовало применения системы искусственной устойчивости. Органы управления состояли из элевонов и поворотных верхних частей килей. Так как выбранная форма профиля обладала плохими срывными характеристиками, за крылом установили дополнительную рулевую поверхность, автоматически уменьшающую наклон самолета при превышении угла атаки 12°.

Чтобы не нарушить рассчитанные компьютером контуры летательного аппарата, двигатели разместили внутри фюзеляжа. Воздухозаборники были закрыты решетками, поглощающими радиолуч и не позволяющими локатору "увидеть" компрессор. Для того, чтобы спрятать от РЛС турбину, сопла выполнили плоскими, толщиной всего в несколько сантиметров. Они были снабжены спрямляющими поток вертикальными перегородками.

Самолет изготовили из обычных алюминиевых сплавов, только сзади, вблизи сопел двигателей, применялись сталь и титан. Его взлетный вес был 5675 кг.

Как уже отмечалось, работы по программе "Харви" проходили в обстановке строгой секретности: на этапе постройки и испытаний важно было сделать самолет невидимым не только для радиолокатора, но и для посторонних глаз. Поэтому первые наземные испытания, проходившие во дворе завода фирмы Локхид в Барбанке, проводились только ночью. В ноябре 1977 г. транспортный самолет С-5А доставил "Хэв блю" в секретный летно-испытательный центр.

1 декабря летчик-испытатель Билл Парк совершил на нем первый полет. Этот полет положил начало новому направлению в развитии военной авиации.

Первый экземпляр "Хэв блю" еще не имел специального покрытия, уменьшающего радиолокационную заметность самолета. Он предназначался, главным образом, для изучения летных характеристик этой уникальной по форме машины. Первые 36 вылетов прошли успешно, но 4 мая 1978 г. из-за неточного расчета скорости при заходе на посадку самолет потерпел аварию.

20 июля того же года начались испытания второй экспериментальной машины. Она была покрыта составом, поглощающим радиолучи. За 12 месяцев состоялось 52 полета, в том числе — испытания на радиолокационную и инфракрасную заметность.[5] Они дали положительные результаты, и в конце 1978 г. фирма получила от ВВС задание на создание боевого самолета-"невидимки". Год спустя был подписан заказ на 5 предсерийных и 15 серийных машин.

Самолет получил обозначение F-117A "Найтхок" ("Ночной сокол"). Хотя буква "F" подразумевает слово "истребитель" ("fighter"), F-117A таковым не являлся. По назначению это был "ударный самолет", предназначенный для атак стратегически важных наземных объектов.