От Ju-287 до C-37

Все новое это хорошо забытое старое. Необычная компоновка самолета С-37 - крыло обратной стреловидности (КОС) - не является чем-то новым в самолетостроении. Я думаю, очевидно, что работы немецких ученых в годы Второй мировой войны по применению стреловидного крыла и послужили основой для его дальнейшего использования. Новая компоновка крыла резко снижала аэродинамическое сопротивление на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях, решала проблемы устойчивости на скоростях, близких к 900 км/час-затягивание самолета в пикирование, причем первоначально не отдавалось предпочтения какому-то виду стреловидности. Стреловидность назад не позволяла решить проблему предотвращения срыва потока с крыла без применения специальных гребней. Однако стреловидность вперед эту проблему решала - воздушный поток уходил по крылу от консоли к корневой, более широкой его части. У самолета с обратной стреловидностью срыв потока на больших углах атаки возникал сначала в корневой части крыла, не нарушая работу элеронов.

Смотри схему самолета Ju-287. Не правда ли современно. А ведь это только конец Второй мировой войны. Вы скажите, что это только проект и такого самолета в металле в годы Второй мировой просто не могло быть фантастика, но свой первый полет Ju-287 совершил 16 августа 1944 года.

Интересна дальнейшая судьба этого самолета. Весной 1945 года третий, почти завершенный вариант этого самолета был захвачен Советской армией вместе с исследовательским центром и частью персонала. В дальнейшем появился советская копия этого самолета "Проект 140". Спроектированный с новыми двигателями Микулина для увеличения скорости полета, под увеличенные нормы прочности фюзеляжа, "Проект-140" в марте 1949 года достиг скорости 900 км/час.

С-37 Беркут (Су-47) является экспериментальным самолетом, созданным для отработки новейших перспективных решений, которые могут быть реализованы на боевых самолетах будущего. В нем применена необычная аэродинамическая схема "триплан с КОС" (КОС с передним горизонтальным оперением (ПГО) и обычным задним), а также новые конструкционные материалы, покрытия и система управления полетом. С марта 1998 г. главным конструктором самолета является С.С. Коротков.

29 01 2017.

Анализ моделей летательных аппаратов с крылом обратной стреловидности (КОС) проводился еще в конце 30-х годов. Исследования в аэродинамических трубах показали, что с увеличением скорости полета переход от прямого крыла к стреловидному является лишь вопросов времени. Однако на самолётах с крылом прямой стреловидности набегающий поток воздуха, стекая по крылу от корня к законцовке, образует на концах каждой консоли два мощных сходящих вихря. При этом сопротивление, которое создается спутной струей, называется индуктивным. В случае же применения крыла обратной стреловидности перетекание осуществляется в обратном направлении — от законцовки к фюзеляжу и при этом спутная струя имеет меньшую интенсивность, что ведет к существенному снижению индуктивного сопротивления. При этом расположение в зоне действия спутной струи за крылом обратной стреловидности небольших управляемых аэродинамических поверхностей приводит к увеличению маневренности самолета.
На основе этих исследований в 40-х годах в Германии специалисты фирмы «Юнкерс» разработали и построили несколько прототипов реактивного бомбардировщика Ju 287 с таким крылом, испытания которого начались в 1944 году.
Однако, довести эту машину до серийного производства немецким специалистам не удалось. К моменту краха Третьего Рейха несколько самолётов этого типа находились на заводском аэродроме в Дессау, где располагалось и КБ фирмы «Юнкерс». Попавшие в советскую зону оккупации экземпляры подверглись тщательным исследованиям в советско-германском ОКБ-1, которое находилось на месте фирмы в 1946-1949 годах. Несмотря на ряд положительных качеств, оба лётных экземпляра Ju287 не сумели показать решающих преимуществ своей аэродинамической схемы. Более того, в полётах лётчики-испытатели столкнулись с некоторыми нерешаемыми в то время проблемами, что привело к закрытию программы исследований в этом направлении, так как специалисты ЦАГИ пришли к выводу о нежелательности применения крыла обратной стреловидности в самолётостроении. Одним из веских доводов, в частности, было увеличение статической неустойчивости самолёта с таким крылом в полёте на высоких скоростях, что серьёзно осложняет пилотирование.

С другой стороны, были очевидны и плюсы данной аэродинамической схемы. Например, на пассажирских, транспортных или боевых ударных машинах с крылом обратной стреловидности массивный лонжерон крыла располагался позади центра тяжести, где обычно находился пассажирский салон, грузовая кабина или бомбовый отсеки.
Самолёт с крылом обратной стреловидности при прочих равных качествах в сравнении с такой же машиной, имеющей крыло прямой стреловидности, обладал лучшей манёвренностью. Достигается это за счет того, что аэродинамический фокус самолета с КОС значительно проще совместить с его центром масс, нежели в случае использования крыла с прямой стреловидностью. Еще одним преимуществом данной схемы является то, что удается более равномерно распределить подъемную силу по размаху, что, в свою очередь, ведет к упрощению расчета крыла и способствует повышению управляемости и аэродинамических качеств.
Теоретически, использование крыла обратной стреловидности на высокоманевренном истребителе позволяло получить ряд существенных преимуществ для этого типа машин: увеличение допустимых угла атаки и угловой скорости разворота, снижение лобового сопротивления в области скоростей манёвренного воздушного боя, улучшение компоновочной схемы самолёта; причём все эти качества проявляются тем сильнее, чем больше угол обратной стреловидности. Повышению уровня маневренности летательного аппарата способствовал также и тот факт, что самолет с КОС обладает существенно меньшим запасом статической устойчивости.
Что же мешало воплотить эти знания в жизнь?
Как ни странно, собственные конструктивные особенности крыла обратной стреловидности. Причина его непопулярности среди авиационных конструкторов заключалась в одном-единственном, но очень труднопреодолимым недостатке: как известно любое крыло под действием набегающего потока воздуха стремится согнуться. Этот процесс называется дивергенцией крыла. Уменьшить, но не свести до нуля, его влияние можно, придавая конструкции несущей поверхности определённую жёсткость. Но для крыла обратной стреловидности при прочих равных показатель жёсткости конструкции всегда должен быть значительно выше, чем для крыла прямой стреловидности. Нечего и говорить, что в 40-е годы такое решение, реализованное с использованием тогдашних технологий, в свою очередь, вело к заметному росту массы летательного аппарата. Да и в последующие два десятилетия прогресс в исследованиях на этом направлении практически не просматривался. Неудивительно, что при всей внешней заманчивости идея самолета с КОС не получала практического развития в виде серийных образцов.

Крыло обратной стреловидности имеет одно великолепное свойство: на нем не происходит срыва потока, то есть самолет с крылом обратной стреловидности сохраняет устойчивость и управляемость на любых углах атаки и практически не попадает в штопор. Но у этого крыла есть одна проблема - прочность, о которой было сказано выше. Необходимой жесткости такого крыла удалось добиться только при использовании композиционных материалов, что было реализовано в проекте Су-47.
Но так получилось, что как раз в это время был совершен прорыв в двигателестроении — создан двигатель с управляемым вектором тяги, и, чтобы получить устойчивость и управляемость на больших углах атаки, необязательно оказалось использовать такое дорогостоящее и сложное крыло со своими проблемами. Оказалось, что управляемый вектор тяги великолепно решал эту проблему.
Более того, если крыло обратной стреловидности позволяло сохранять устойчивость при обычных скоростях полета, то на околонулевых скоростях самолет все равно терял управляемость, потому что при отсутствии набегающего потока не из чего создавать управляющий момент. А управляемый вектор тяги работает в любых условиях, и так получилось, что он отодвинул в сторону крыло обратной стреловидности.