ОСКБ-С МАИ, история которого началась в 1965 году, к началу 1980-х годов имело за плечами достаточно большой опыт. Первенец KB – экспериментальный самолет «Квант» - успешно испытывался в ЛИИ МАП. На данном самолете было установлено пять мировых рекордов. Дистанционно-пилотируемый аппарат «Д» в 1979 г. прошел первый этап испытаний, а ДПЛА «Комар» в 1982 году. Оба аппарата создавались в интересах военного заказчика и могли использоваться при появлении надежных радиосистем управления. Подходила к концу постройка пилотируемого микросамолета «Эльф». Все аппараты спроектировали и построили в строгом соответствии с требованиями и нормами, существовавшими в авиационной промышленности.
Работу вели студенты под руководством штатных сотрудников ОСКБ-С, а также совместителей из преподавателей с кафедры конструкций и проектирования. Каждый год студенты выполняли около 25 курсовых и 15 дипломных проектов по реальным темам ОСКБ-С. Практически все штатные сотрудники ОСКБ-С свою работу в коллективе начинали еще студентами. В опытном производстве, которое работало по тематикам ОСКБ-С, задействовалось 15 рабочих-универсалов высокой квалификации. ОСКБ-С – единственное из студенческих КБ авиационных вузов СССР, чьи изделия в Минавиапроме признавались и допускались к испытаниям по правилам существовавшим там.
Главной задачей маёвского конструкторского бюро с одной стороны было совершенствование конструкторской подготовки студентов за счет их привлечения к созданию реальных образцов техники, с другой - использование квалифицированных преподавателей и способных студентов для решения в рамках учебного процесса актуальных задач авиационной промышленности.
Поскольку все крупные конструкторские коллективы с головой были загружены работами по сопровождению собственных серийных самолетов или опытными машинами (ориентированными на серию), то они совершенно не имели времени и желания заниматься экспериментальными летательными аппаратами. Данные работы казалось обременительными, и не обещали значительных финансовых вливаний.
Десятый Главк Авиапрома в подобной ситуации в лице ОСКБ-С нашел энергичный, талантливый и достаточно опытный коллектив, который способен решать поставленные задачи. А для молодого «бьющего копытом», но уже сложившегося конструкторского бюро это была отличная возможность доказать свою состоятельность, выйдя на новый уровень.
Идеологом и лидером коллектива, приложившим много сил к организации ОСКБЭС, являлся Жидовецкий Казимир Михайлович. Он пришел в конструкторское бюро еще в 1966 году, будучи студентом второго курса, на начальной стадии разработки «Кванта» и сразу же обратил на себя внимание своей работоспособностью и эрудированностью. Казимир Михайлович благодаря своему авторитету быстро возглавил одну из конструкторских групп, а позднее стал заместителем начальника СКБ по тех. вопросам. Жидовецкий разработал конструкцию всех основных агрегатов «Кванта», технологию их изготовления, затем осуществлял руководство постройкой и дальнейшими летными испытаниями самолета. Все летательные аппараты, разработанные и построенные в дальнейшем, создавались при самом активном участии и под непосредственным руководством Жидовецкого К.М. Именно его при создании ОСКБЭС назначили ответственным руководителем нового конструкторского бюро и утвердили приказом по Министерству в должности Главного конструктора МАП.
Основным предназначением экспериментального летательного аппарата является решение одной или нескольких научно-практических задач в области динамики полета и аэродинамики. От опытного экспериментальный отличается тем, что его последующее серийное производство не предусматривается. Как правило, такой летательный аппарат создается в одном или в двух экземплярах.
Для создания экспериментального аппарата требовалось гораздо меньше затрат, чем на опытный самолет, несущий груз или вооружение, целевое и навигационное оборудование, запас топлива, которое обеспечивает требуемый радиус действия. Также, при создании опытного самолета необходимо прорабатывать вопрос серийной технологичности, ремонтопригодности, боевой живучести, ресурса, обеспечения задаваемого времени подготовки к следующему вылету и так далее. Как показывает практика, с созданием опытного самолета одновременно раскручивается маховик подготовки серийного производства, поскольку заказчик довольно часто хочет иметь необходимую ему машину уже «завтра».
Некоторые экспериментальные задачи решаются при помощи серийных самолетов переоборудованных для этого. Это дает выигрыш в сроках и снижает затраты на исследования. Однако даже специально построенный экспериментальный самолет дает немалую экономию, в случае если при помощи него удается предотвратить «закладку» в опытные машины ошибочной концепции.
Нередко пренебрежение экспериментальной проверкой становится причиной значительно отодвинутых сроков и огромных средств, выброшенных на ветер. Яркий пример – первые варианты бомбардировщика Су-24 (изд. Т6-1) и истребителя МиГ-23 (изд. 23-01), оборудованные дополнительными подъемными двигателями для укороченного взлета/посадки и треугольным крылом. В 1966 году для отработки данной концепции на базе серийных истребителей построили экспериментальные самолеты Т-58ВД и МиГ-21ПД. Под давлением заказчика, до получения результатов испытаний, опытные Су-24 и МнГ-23 были запущены в производство. В 1967 году оба самолета сделали первый вылет. Во время практически одновременных испытаний опытных и экспериментальных машин выяснилось, что эта концепция ожидаемого эффекта не дает. По словам Самойловича О.С., это объясняется следующими причинами. Во-первых, реактивные струи подъемных двигателей на малых скоростях, отразившись от бетона, опять засасываются верхними воздухозаборниками. Горячие газы с небольшим содержанием кислорода значительно снижали тягу подъемных двигателей. Во-вторых, перетекание воздуха на верхнюю поверхность крыла из-под него, вызванное работой подъемных двигателей, изменяло картину обтекания, а также уменьшало несущую способность крыла. Таким образом, не удалось добиться сокращения взлетно-посадочной дистанции, а дополнительные двигатели увеличивали массу и отнимали внутренние объемы, уменьшая количество топлива. В результате оба проекта кардинально переработали в самолеты с изменяемой стреловидностью.
Другой пример. До получения результатов испытании экспериментального самолета МиГ-21И (начались в апреле 1968 года), специально созданного для определения характеристик оживального крыла для пассажирского сверхзвукового самолета, заложили опытный Ту-144 (31 декабря 1968 года - первый вылет). В итоге на самолете Ту-144 кардинально меняли профиль крыла и корректировали его форму в плане.
Разработке и исследованиям экспериментальных самолетов в США всегда уделялось значительное внимание. Достаточно вспомнить первые самолеты «X», при помощи которых в конце 1940-х - начале 1950-х гг. исследовались проблемы сверхзвуковых полетов. В 1950-1960-е гг. американцами построили более 10 экспериментальных аппаратов серии «X» при помощи которых изучались различные схемы самолетов вертикального взлета. Созданный в 1951 году экспериментальный Х-5 стал первым в мире самолетом, имеющим изменяемую стреловидность крыла. Берт Рутан в 1979 году по заказу NASA построил экспериментальный самолет AD-1 имеющий цельноповоротное крыло асимметрично изменяемой стреловидности. В 1984 г. была начата серия испытательных полетов Х-29 имеющего крыло обратной стреловидности. В 1990 году исследования сверхманевренности продолжились на экспериментальном Х-31. Данный перечень далеко не полный.
В СССР данная область авиационной науки была развита гораздо меньше. «Золотой век» отечественных экспериментальных самолетов пришелся на 1950-1960 гг. В 1957 году для отработки вертикального взлета построили экспериментальный аппарат «Турболет», в 1963 году – Як-36. На базе серийных Су-15 и МиГ-21 в 1966 году были созданы уже упоминавшиеся Т-58ВД и МиГ-21ПД. Говорилось и о экспериментальном самолете МиГ-21И «Аналог».
В данный список можно также добавить экспериментальный самолет «Квант», который создали в Минвузе, а не в МАПе. Его построили в 1977 г. и в 1978-1984 годах испытывали в ЛИИ МАП. Исследовали систему непосредственного управления подъемной силой, которая представляла собой маневренные закрылки, одновременно работавшие с рулем высоты во время отклонения ручки управления самолетом. Правда, «Квант» в разряд экспериментальных попал вынужденно из-за того что ему перекрыли дорогу в категорию спортивно-пилотажных самолетов. Это было сделано влиянием и силами Яковлева Л.С., который в то время являлся монополистом в области разработки спортивных машин.
4 из 6 вышеперечисленных экспериментальных самолетов создавались в крупных опытных КБ, об отношении которых к подобным работам было сказано выше. Исключением были только «Турболет» и «Квант», созданные в конструкторском отделении ЛИИ под руководством аэродинамика Матвеева В.Н. и конструктора Рафаэлянца А.Н.
Организованное в 1960-е гг. по инициативе Мясищева В.М. Десятое отделение ЦАГП, которое занималось исследованием перспективных схем летательных аппаратов, конструкторско-технологического опыта разработки реальных самолетов не имело.
Интенсивный прогресс в области авиатехники в нашей стране, который наблюдался до развала СССР, постоянно ставил вопросы, большинство из которых решить только трубными экспериментами или расчетными методами не удавалось.
Для ОСКБЭС задачи ставили непосредственно Симонов М.П., заместитель министра, и Шкадов Л.М., начальник Десятого Главка МАПа. Техническое задание утверждалось в ЛИИ и ЦАГИ.
Замминистра авиационной промышленности Симонов Михаил Петрович немало поспособствовал созданию ОСКБЭС. В министерство он пришел в 1979 году, где «под него» воссоздали должность заместителя министра по новой технике, опытному самолетостроению, в свое время ликвидированную, после ухода с нее замнаркома Яковлев А.С. Симонов курировал Десятый Главк МАПа, который отвечал за «науку». В его сферу входили ЛИИ, ЦАГИ и все другие научно-исследовательские институты авиационной промышленности.
Симонов, перешедший в министерство из компании Сухого, тяготился админ. работой и испытывал потребность в конструкторской деятельности. Жидовецкий К.М. говорил: «Михаил Петрович, по-видимому, был единственным заместителем министра за всю историю МАПа, у которого в кабинете стоял кульман». Так как кипучая энергия Симонова постоянно искала выхода, то сложившийся в МАПе порядок довольно быстро был нарушен некоторыми нововведениями.
Так Самойлович Олег Сергеевич в своей книге вспоминает, что в тот период Симонов М.П. выдвинул идею, в соответствии с которой проекты новых самолетов должны разрабатываться в ЦАГИ, а не в конструкторских бюро. При этом ОКБ обязаны были данные проекты только реализовывать. Как пример он приводит фронтовой бомбардировщик Т-60, проект которого был разработан в ЦАГИ по программе Б-90 (бомбардировщик 1960-х гг.) под руководством Симонова и «спущенный» суховцам в 1981 г.
Действительно, Михаил Петрович серьезно «взял в оборот» Десятое (перспективное) отделение ЦАГИ, и буквально пропадал там. Под его руководством кроме Т-60 разрабатывался проект однодвигательного экспериментального самолета имеющего крыло обратной стреловидности по аналогии с Х-29 американской разработки. Поскольку данный самолет также должен был строиться суховцами, то к работе привлекли несколько молодых конструкторов из отдела общих видов.
Следующим шагом, нетрадиционным для МАИ, стало образование в 1982 г. ОСКБЭС МАИ при непосредственной поддержке Симонова, а вслед за этим – КН «Квант» под руководством начальника СКБ-С Кузнецова Ю.В. Эти новые конструкторские бюро также должны были заняться под руководством Симонова М.П. проектными исследованиями.
В Минавиапроме в начале 1980-х годов были развернуты работы по двум перспективным программам: Ш-90 (штурмовик 1990-х годов) и И-90 (истребитель 1990-х годов). Было решено привлечь ОСКБЭС к исследованию перспективных тех. решений, использование которых значительно бы повысило ЛТХ штурмовиков и истребителей нового поколения.
Для ОСКБЭС первым заданием было определение эффективности использования СНУПС (система непосредственного управления подъемной силой) на боевых самолетах во время маневрирования, прицеливания и наведения, в том числе для упрощения техники посадки палубных самолетов МиГ-29К и Су-27К на корабль, которые в то время только начинали разрабатываться. По данной программе предполагалось провести серию испытательных полетов «Кванта».
Горюнов Н.П., являвшийся в то время ведущим специалистом ОСКБЭС по аэродинамике, вспоминал забавный случай, который относился к тому периоду. Во время обсуждения деталей программы с руководством ЛИИ один из инженеров ОСКБЭС обратил внимание Миронова А.Д., начальника института, на то, что посадка на авианосец происходит без выравнивания и выдерживания, привычных для «нормальной» авиации. Тот крайне удивился и поначалу в это даже не поверил. В доказательство маевцы предложили посмотреть художественный фильм «Небо над головой» (Франция), который в то время шел в прокате.
Картину заказали, привезли в ЛИИ. Ее просмотр для инженеров и летчиков был организован в актовом зале НИИ. В фильме в изобилии, крупным планом и красиво показывались «Супер Этандары» с авианосца «Клемансо», которые взлетали с паровой катапульты и садились на аэрофинишер. Кроме этого, повествовалось о любовных похождениях молодых пилотов.
Кадры из фильма подтверждали, что глиссада снижения направлена строго в точку касания, а небольшое искривление траектории, происходящее в последний момент, объяснялось влиянием близости «земли».
Сегодня все знают, что посадка на авианесущее судно имеет свои особенности. Поскольку она выполняется «по-вороньи», у палубных самолетов шасси значительно усилено. А для советских летчиков-испытателей эта наука начиналась с просмотра французского фильма с легкой руки инженеров МАИ.
В ОСКБЭС совместно с ОКБ Сухого в 1983-1984 гг. прорабатывалась возможность разработки на базе серийного Су-15 самолета-лаборатории СНУПС.
В связи с готовившимся предстоявшим расширением спектра задач, а также возможным увеличением штата студенческое КБ в 1983 г. перевели в более просторное помещение из двух тесных комнат.
Извечной проблемой самолетов со времени их появления является увеличение взлетно-посадочных скоростей и как следствие длин аэродромов, которые неизбежно следуют за попытками увеличить макс. скорость полета. Временами предпринимаются попытки хоть как-то бороться с данной тенденцией. Как известно, на боевых самолетах для уменьшения длины разбега используют пороховые ускорители, а для снижения длины пробега - тормозные парашюты. При этом ускорители являются одноразовыми устройствами, можно сказать, расходным материалом, однако с этим вынуждены мириться. В 1957 г. создали установку для безаэродромного взлета МиГТ9С. Опытный самолет, получивший название СМ-30, прошел испытания, однако в серию не пошел, поскольку невозможно было обеспечить безаэродромную посадку требуемую военными. Взлетно-посадочные возможности различных самолетов должны быть одного порядка.
Одним из перспективных направлений увеличения летно-технических характеристик (ЛТХ) самолетов ЦАГИ видел в применении энергетических систем увеличения подъемной силы (ЭСУПС). Этим эффектом также занимался известный ученый – аэродинамик Остославский И.В. При помощи отбора воздуха от компрессора РД и его выдува через профилированные щели возможна реализация на крыле эффект суперциркуляции. Это дает возможность достичь значений коэффициента подъемной силы, которые существенно больше, чем обеспечивают традиционные схемы взлетно-посадочной механизации. Одновременно энергетическая система увеличения подъемной силы улучшала и взлетно-посадочные характеристики самолетов.
По этому направлению кроме теоретического задела ЦАГИ в СССР имелся небольшой опыт применения струйной механизации. На истребителях МиГ-21 с 1964 г., начиная с модификации МиГ-21ПФМ, устанавливалась система СПС (сдува пограничного слоя) закрылков. Подобной системой несколько позже начали оснащать перехватчики Су-15. На Ан-72, который совершил первый полет в 1977 г., антоновцы предприняли попытку получить прирост подъемной силы во время взлета-посадки за счет обдувки струями реактивных двигателей участков верхней поверхности крыла. На самом же деле авианаука могла предложить конструкторам гораздо больше вариантов подобной механизации.
Применение ЭСУПС при сохранении маневренных и взлетно-посадочных характеристик давало возможность уменьшить площадь крыла истребителя, а это увеличивало максимальную скорость его полета. Штурмовикам данная система позволяла базирования на небольших площадках около линии фронта.
Кроме того, использование ЭСУПС виделось и в палубной авиации. В нашей стране в начале 1980-х г. были развернуты работы по созданию авианосных кораблей нового поколения. ВМФ СССР должен был наконец-то получить полноценные авианосцы, которые вооружены штурмовиками и истребителями горизонтального взлета оснащенные серьезными боевыми возможностями. Вертикально взлетающие Яки, использовавшиеся до этого на авианосцах, по меткому выражению, «могли на своих крыльях нести только собственные звезды».
Параллельно с постройкой авианосцев создавались палубные самолеты. В ОКБ Микояна и Сухого в 1983 г. велась работа по эскизным проектам палубных МиГ-29К и Су-27К. Их высокая тяговооруженнность, которая равнялась и даже несколько превышала единицу, позволяла осуществлять старт с палубы, не используя паровую катапульту, как это было на большинстве зарубежных авианесущих судах. Однако отказ от оснащения судов катапультой требовал какого-то другого решения для взлета ударных самолетов, которые не обладали столь высокой тяговооруженностью, как у истребители. Наиболее перспективным вариантом обеспечения бескатапультного взлета на короткой дистанции была энергетическая механизация крыла. Главная сложность заключалась в том, что ЭСУПС нельзя было исследовать на уменьшенных моделях в аэродинамических трубах. В данном случае основной изучаемый элемент энергомеханизации – щель толщиной 1-2 миллиметра, через которую на крыло выдувается воздух, уменьшалась бы до величины в несколько микрон. При таких размерах, во-первых, крайне сложно соблюсти точность ее профилировки. Во-вторых, и это главное, возникала трудность с соблюдением аэродинамического подобия, делая бессмысленным такой эксперимент. Для исследования данной концепции в реальных условиях и отработки конструктивных решений ее реализации представлялось целесообразным создать экспериментальный самолет.
В конце 1970-х гг. у американцев компания «Рокуэлл интернэшнл» по заказу военно-морского флота США строила опытный палубный истребитель-штурмовик XFV-12A имеющий короткий и вертикальный взлет/посадку (в зависимости от массы). Его крыло и переднее горизонтальное оперение (ПГО) были оборудованы ЭСУПС. Чтобы снизить трудоемкости, а следовательно и сроки изготовления данного аппарата американцы в его конструкции использовали готовые агрегаты серийных самолетов: носовая часть (передняя стойка шасси и кабина пилота) от палубного штурмовика А-4 «Скайхок» и кессонную часть и воздухозаборники крыла от истребителя F-4 «Фантом».
Жидовецкому предложили оценить силы ОСКБЭС для определения направление работы: в интересах темы Ш-90 или И-90. В течение короткого времени он разработал и предложил варианты компоновок экспериментальных летательных аппаратов для исследования системы увеличения подъемной силы в интересах обоих направлений.
При разработке советского истребителя нового поколения было принято решение обойтись без конкурса между микояновцами и суховцами, как десятью годами раньше во время создания МиГ-29 и Су-27. Здесь, вероятно, свою роль сыграла позиция замминистра Симонова, который незадолго до этого покинул ОКБ Сухого в связи со сложными отношениями с Генеральным конструктором Ивановым Е.А. и его заместителем Самойловичем О.С. Так или иначе, задание на И-90, более престижное для обеих фирм выдали ОКБ Микояна, а разработку Ш-90 поручили суховцам. Симонову М.П. вернувшемуся в 1983 г. на фирму Сухого в качестве Генерального конструктора, пришлось в инициативном порядке заниматься темой перспективного С-32.
По теме И-90 экспериментальный самолет выполнялся по аэродинамической схеме «утка» с двумя реактивными двигателями РУ19А-300, оснащенными плоскими соплами с управляемым вектором тяги. Данные экспериментальные сопла для двигателей разрабатывались в конструкторском отделении ЛИИ. На самолете с такой конфигурацией должны были отработать элементы сверхманевренности по программе, которая была аналогична той, под которую в Соединенных Штатах собирались создавать экспериментальный Х-31. В тот момент американцы только приступали к его разработке. Отечественный самолет отличался тем, что крыло было оборудовано системой ЭСУПС, которая работала от компрессоров двигателей. Чтобы снизить затраты и сроки при постройке самолета предлагали использовать кабину, носовую часть, кессон крыла, киль и шасси реактивного учебно-тренировочного самолета Л-39 чехословацкого производства.
Конструкция самолета позволяла осуществлять замену крыла: оно могло быть или обратной или прямой стреловидности. Кстати, в Соединенных Штатах для исследований маневренных возможностей крыла имеющего обратную стреловидность создали самолет Х-29.
В разработке схемы участвовал инженер Вячеслав Хван, который незадолго до этого закончил МАИ и пришел в ОСКБЭС.
После того как схему утвердили Симонов и Шкадовый изготовили демонстрационную модель. Так как самолет собирались строить в интересах программы И-90, необходимо было согласовать его схему с ведущей по данной теме фирмой, а именно ОКБ Микояна. Юрий Алексеевич Рыжов, проректор МАИ по науке, созвонился с Ростиславом Аноллосовичем Беляковым, генеральным конструктором, и весьма неожиданно получил приглашение немедленно вместе с Жидовецким приехать к нему, благо микояновское конструкторское бюро находится недалеко, через Ленинградку напротив института.
Поскольку с собой необходимо было везти модель самолета, Юрий Алексеевич предложил воспользоваться его собственной «Волгой». «Корочки» Рыжова позволяли ему проехать на режимную территорию конструкторского бюро, а вот Казимир Михайлович получить удостоверение Главного конструктора МАП еще не успел, поэтому могли возникнуть затруднения с его проездом на ОКБ. Обычный пропуск необходимо было заказывать накануне, однако кто же знал, что встреча с Беляковым состоится сразу.
Выход нашел сидевший за рулем Рыжов. Он отдал Казимиру свое удостоверение и сказал: «Про меня скажи, что я – шофер». Проходную проехали беспрепятственно.
Первая реакция Белякова, после того как он увидел привезенную модель – удивление, после чего он пытался выяснить, как в МАИ просочилась информация о разрабатываемом его ОКБ перспективном истребителе «1.42». Он успокоился лишь после того как обратил внимание, что машина ОСКБЭС имеет один киль в то время как у «1.42» их было два.
Когда практически все тех. вопросы, касавшиеся «утряски» схемы с ее реализацией, были решены, вдруг возникла нетехническая проблема. Это был 1982 год, неукоснительно соблюдалась «режимность», а уровень секретности схемы данного самолета с учетом «грифа» программы, в интересах которой его создавали, был признан высоким. Студенческое КБ по режимным соображениям к работам по этой теме не могло быть допущено. Вариантов выхода из сложившейся ситуации было два.
Или конструкторское бюро меняло свой статус, становясь экспериментальным без студенческой составляющей со всеми вытекающими последствиями, или оно продолжает заниматься экспериментальным самолетом по Ш-90, разработка которого параллельно с первой темой велась Жидовецким и схема которого такого «грифа» секретности не несла.
Жидовецкий и Рыжов, взвесив все «за» и «против», выбрали второй путь. Теме дали наименование «Фотон».
При формировании облика самолета проработали более двадцати различных компоновок. Один из первых вариантов экспериментального самолета «Фотон», скомпонованный по предложению ЦАГИ Жидовецким, имел прямое крыло, традиционную аэродинамическую схему и расположенный в носовой части ТРД ТВД-10Б. Работа ЭСУПС обеспечивалась двумя вспомогательными силовыми установками (ВСУ) АИ-9, располагавшимися на крыле в гондолах. Основные стойки шасси убирались в эти же гондолы. Носовая – убиралась в фюзеляж. Т-образное хвостовое оперение позволяло вынести стабилизатор из зоны значительного скошенного потока за крылом, которое оснащено ЭСУПС. Данную схему забраковал ЛИИ, поскольку обдув крыла струей от винта картину обтекания испортил бы, а это для эксперимента нежелательно.
После этого разработали вариант «Фотона» имеющего турбореактивный двигатель АИ-25, установленный над центральной частью фюзеляжа, и двухкилевое разнесенное оперение. Данную компоновку также обсуждали с ЛИИ и ЦАГИ.
В результате всех этих предварительных работ Жидовецкого посетила идея объединить оба варианта силовой установки – надфюзеляжный турбореактивный и носовой турбовинтовой двигатели, при отказе от дополнительных АИ-9. Для нужд ЭСУПС отбор воздуха мог производиться от второго контура ТРД АИ-25ТЛ. Кроме этого, Жидовецким в данную компоновку закладывались решения, которые позволили бы в случае успешного завершения экспериментальной программы использовать машину как прототип серийного легкого штурмовика.
«Фотон», по замыслу Жидовецкого К.М., должен был занять собственную нишу среди существующих боевых самолетов и быть своеобразным «скальпелем» в руках военных, который будет особенно эффективным в локальных конфликтах. Подразумевалось, что подобные самолеты будут использоваться для реагирования по запросу сухопутных войск, базироваться около линии фронта на полевых аэродромах небольшого размера. Для этого самолет должен обладать отличными взлетно-посадочными характеристиками. Энергетическая механизация крыла самолета «Фотон» должна была обеспечить небывалые для данного класса машин свойства.
Пояснить насущность данной концепции боевого самолета можно пояснить следующим примером. Во время балканского конфликта 1999 г. НАТОвские истребители-бомбардировщики, которые бомбили военные объекты сербов в Косово, взлетали с авиабазы Авиано (Италия), которая находилась за несколько сот километров. При этом ошибка навигационных расчетов была такой большой, что несколько раз удары с воздуха наносились по колоннам албанских беженцев на территории Македонии, ради защиты которых, собственно, и велись боевые действия НАТО. Летчик штурмовика, который базируется в десятках, а не сотнях км. от линии боевого соприкосновения, вряд ли перепутает страну, которую должен бомбить.
Уже к концу 1960-х гг. военные специалисты ведущих стран мира пришли к выводу, что точность поражения наземных целей со сверхзвуковых истребителей-бомбардировщиков ракетно-бомбовым вооружением недостаточно высока. Большая скорость данных самолетов дает пилоту очень мало времени для прицеливания, а слабая маневренность не позволяет исправить неточность прицеливания, в особенности при нанесении удара по малозаметным целям. Тогда в Соединенных Штатах появился дозвуковой маневренный штурмовик А-10 компании «Фэрчайлд» (1972 год), а в Советском Союзе – Су-25 (1975 год).
Кстати, именно концепция «полевого» базирования около линии фронта закладывалась конструкторами на начальном этапе создания Су-25. Предполагалось, что штурмовик оснастят двумя двухконтурными, относительно небольшими, двигателями АИ-25 (устанавливаются на пассажирских самолетах Як-40), он будет иметь взлетную массу 8 тыс. кг, боевую нагрузку – 2 тыс. кг, диапазон рабочих скоростей – от 500 до 800 км/ч и дальность полета – 750 км. Главное – самолет должен быть оперативным средством поддержки наземных войск. Командование Сухопутных войск, понимая это, всемерно поддерживало создание самолета, в то время как Военно-воздушные силы долгое время по отношению к нему демонстрировали полное равнодушие.
Однако ревность со стороны командования Военно-воздушных сил, нежелание вместе с самолетом отдавать «сухопутчикам» аэродромы с инфраструктурой и штатные единицы личного состава привели к тому, что заказчик проектом занялся «всерьез». В результате многократных требовании увеличения скорости и боевой нагрузки, Су-25 стал на борт брать 4тыс. кг боеприпасов, а его максимальная скорость увеличилась до 950 км/ч. Однако, трансформировавшись в многоцелевой самолет из самолета «поля боя», Су-25 при вдвое увеличившейся взлетной массе (17,6 тыс. кг) потерял способность базироваться на минимально подготовленных небольших площадках около линии фронта, мгновенно «отрабатывая» цели по заявкам «земли». Для сокращения времени реагирования во время войны в Афганистане приходилось организовывать воздушное дежурство штурмовиков.
Легкий штурмовик «Фотон» должен был действительно стать самолетом непосредственной поддержки сухопутных войск.
Главной особенностью схемы «Фотона» была разнесенная резервированная силовая установка, которая состояла из расположенного в носовой части фюзеляжа турбовинтового двигателя ТВД-20 и расположенного за кабиной пилота двухконтурного турбореактивного АИ-25ТЛ. Такое размещение двигателей уменьшало вероятность их одновременного поражения от огня противника, а также обеспечивало доп. защиту пилоту, который сидел в титановой сварной «ванне», как и на Су-25. Внутри конструкторского бюро проект тут же получил второе название – «Тяни-толкай».
По мнению Казимир Михайловича для самолета-штурмовика, который постоянно работает в условиях мощного огневого противодействия, низкопланная схема по многим критериям является предпочтительней. Элементы конструкции низкорасположенного горизонтального оперения и крыла защищают двигатель и пилота от огня с наиболее вероятных направлений с земли.
Также известно, что самолет схемы «низкоплан» обеспечивает экипажу гораздо большую безопасность при вынужденной посадке с невыпущенным шасси вероятность чего для штурмовика очень высокая. Это можно объяснить тем, что центроплан крыла очень прочная конструкция, которая берет на себя нагрузки, как в полете, так и при вынужденной посадке, защищая тем самым экипаж. У самолета имеющего схему высокоплан на этот случай дополнительно усиливается низ фюзеляжа. Колеса основного шасси «Фотона», наполовину выступающие из ниш, также повышали шансы безопасной посадки в случае выведения из строя системы их выпуска.
На сегодняшний день наиболее распространенным и эффективным средством против низколетящих самолетов являются ПЗРК (переносные зенитно-ракетные комплексы) типа «Игла», «Стрела-2» (Россия) и «Стингер» (США). Практически все они оснащаются оптической инфракрасной ГСН, которая реагирует на горячее сопло реактивного двигателя, и преимущественно запускаются в заднюю полусферу цели.
Компоновочная схема, которую для «Фотона» выбрал Жидовецкий, учитывала и это. Реданная перевернутая схема с расположением над хвостовой балкой сопла двигателя АИ-25 и низкорасположенное горизонтальное оперение с разнесенными килями затрудняли захват цели тепловыми ГСН с наиболее вероятных ракурсов обстрела. Вертикальное двухкилевое оперение также увеличивало боевую живучесть самолета, удовлетворяя требованию резервирования главных элементов конструкции.
Для «Фотона» выбрали схему шасси с хвостовой опорой, поскольку она обеспечивала более высокую проходимость. Правда, самолет, имеющий такую схему шасси, сложнее управляется на взлете-посадке. Во-первых, пилота должен проявлять повышенное внимание для выдерживания направления разбега и пробега, поскольку самолет стремится к самопроизвольным разворотам. Во-вторых, так как разбег начинается при стояночном значении угла атаки крыла, пилот должен вначале отдать ручку управления от себя, отрывая хвост и уменьшая угол атаки (а значит, и сопротивление), и лишь потом, набрав необходимую скорость, потянув ручку на себя осуществить отрыв от земли.
Жидовецким К.М., для преодоления этих недостатков шасси с хвостовой опорой была использована схема с нагруженной хвостовой стойкой. Это обозначало, что на хвостовое колесо приходилась наибольшая часть массы самолета, чем это принято традиционно. Таким образом, обеспечивалась необходимая устойчивость по направлению во время разбега и пробега самолета. А значительная стартовая тяговооруженность «Фотона» и возможность отрыва включением ЭСУПС в необходимый момент, когда достигнута нужная скорость разбега, позволяли осуществлять взлет с трех «точек». Данные факторы позволяли легко осваивать новый самолет пилотам средней квалификации, которые до этого даже не летали на самолетах имеющих хвостовое колесо.
Несмотря на расположение в носовой части фюзеляжа двигателя ТВД-20, компоновка обеспечивала отличный обзор пилоту вперед-вниз, что, безусловно, является необходимым для самолета данного назначения. Все остекление фонаря кабины выполнялось из бронестекол. Кабину пилота оборудовали катапультным креслом.
Оба двигателя, АИ-25ТЛ (тяга 1700 кг) и ТВД-20 (мощность 1375 л.с.), на взлете работали на максимальном режиме. Воздух, который отбирался от второго контура двигателя АИ-25ТЛ, обеспечивал работу струйной механизации крыла во время взлета-посадки.
Также оба двигателя использовались для быстрого выхода к цели и ухода после выполнения задачи. Режим барражирования в районе цели или крейсерский полет обеспечивался более экономичным ТВД ТВД-20, при этом АИ-25ТЛ был переведен на режим малого газа, для меньшего расходования горючего.
Необходимость для штурмовика подобного экономичного режима, который обеспечивает большую продолжительность полета, была выявлена на последнем этапе боевых действий советских войск в Афганистане. Зимой 1988-1989 годов, колонны Сороковой армии отходили по горным дорогам в Союз из Афганистана. Вертолеты и штурмовики Су-25 прикрывали отход войск с воздуха на случай обстрела душманами из засад колонн на марше. Удаленность аэродромов, расположенных на советской территории, а также большой расход топлива РД, не давали самолетам возможности находиться продолжительное время над прикрываемыми войсками. Именно поэтому в конце 1980-х - начале 1990-х годов компанией Сухого в рамках программы «Ш-90» прорабатывался и проект штурмовика, который должен был оснащаться парой экономичных ТРД.
Так как взлетная масса «Фотона» составляла 3 тонны, и он имел довольно необычный внешний вид, кто-то из острословов ОСКБЭС назвал его «Тритоном».
Вооружение легкого штурмовика должно было состоять из свободнопадающих авиабомб, неуправляемых авиаракет для ведения огня по наземным целям, пушки в подкрыльевых подвесных контейнерах. В случае применения самолета в качестве истребителя вертолетов и для самообороны он мог нести самонаводящиеся ракеты класса «воздух-воздух» ближнего боя оснащенные инфракрасной ГСН. Также самолет мог применяться для уничтожения дистанционно пилотируемых летательных аппаратов.
Проект самолета и тщательно выполненная модель демонстрировались на Пироговке в штабе военно-воздушных сил, а также в других инстанциях военного ведомства, однако везде наталкивался на одинаковую реакцию: «Все, что несет меньше 5 тонн бомб, для нас не представляет интереса!». Военные не нуждаются в «скальпеле». Гораздо удобнее использовать «дубину».
Итак, заручиться для реализации проекта «Фотона» поддержкой военных не получилось. Заказчик – Десятый Главк МАПа – считал, что создание экспериментального самолета будет весьма дорогостоящей. Также ЦАГИ казалось, что для решения поставленной задачи – исследования ЭСУПС – данная схема является излишне сложной. ЛИИ категорически выступал против использования винтовой силовой установки.
Также, неясной оставалась судьба ТВД-20. Его разрабатывали под Ан-3, однако с прекращением данной программы вопрос о доводке и серийном производстве двигателя повис в воздухе. Жидовецкому предложили разработать упрощенный вариант самолета. Техническое задание на самолет разработали в ЛИИ и ЦАГИ, и было утверждено 10 июля 1984 г. замминистра.
В течение 1984 г. разработали эскизный проект самолета имеющего то же названием, однако совершенно другую схему. В качестве маршевого двигателя выбрали реактивный двигатель РУ19А-300 (тяга 900 кг). Так как с двигательным конструкторским бюро доработки, необходимые для отбора воздуха, согласовать не удалось то на самолет для нужд струйной механизации пришлось установить 4 газотурбинных агрегата АИ-9. Это с одной стороны серьезно усложняло конструкцию, однако с другой, автономный источник воздуха давал возможность изменять параметры ЭСУПС в не зависимости от режима маршевого двигателя. Четыре АИ-9 размещались по бокам фюзеляжа под обтекателями попарно.
Горюнов Николай Петрович вспоминает, что разработчики очень беспокоились по поводу одной цифры в тех. характеристиках АИ-9 – максимальное время непрерывной работы агрегата. По паспорту данная цифра равнялась 45 сек., в то время как на «Фотоне» ему необходимо было непрерывно работать намного дольше. Чтобы разрешить этот вопрос и получить подробную документацию группа работников ОСК-БЭС была командирована в КБ Лотарева в Запорожье.
Инженеры двигательного КБ не могли ответить, чем было вызвано данное ограничение, и возможно ли его превышение. Когда москвичи уже отчаялись из-за тупиковой ситуации, нашелся один из старейших работников конструкторского бюро, который вспомнил, что в технических условиях цифра 45 сек. появилась лишь потому, что именно она была необходима по тех. заданию яковлевцев, для которых создавался АИ-9. На самом деле агрегат мог непрерывно работать вплоть до полного израсходования ресурса.
На самолете для чистоты эксперимента было применено прямое крыло без сужения. Для уменьшения влияния интерференции с фюзеляжем на его характеристики, крыло сделали среднерасположенным. Его «развязали» с шасси, установив его на фюзеляж, из тех же соображений. Крыло имело разработанный в ЦАГИ 16 процентный профиль П-20. Крыло в силовом отношении представляло собой кессон, разделенный по размаху на отъемные консоли и центроплан. На консоли были установлены сменные задние и передние модули энергетической механизации.
Чтобы вызванный эффектом суперциркуляции мощный скос потока за крылом не уменьшал эффективность горизонтального оперения, его вынесли на вершину киля большой площади. Чтобы обеспечить продольную балансировку самолета на режимах взлета-посадки с работающей ЭСУПС горизонтальному оперению придали сравнительно большую площадь, которая была равна почти 30 процентам площади крыла и 12 процентный несимметричный перевернутый профиль.
Чтобы упростить конструкцию и учитывая то, что на самолете, преимущественно, будут отрабатываться взлетно-посадочные режимы, было принято решение делать шасси неубирающимся.
Конструкция самолета была высокотехнологичной. Обводы фюзеляжа подразумевали минимум обшивок двойной кривизны. Они выполнялись из стеклопластика. Все нагрузки воспринимались верхней частью фюзеляжа, своеобразным «хребтом», который компоновочно делился на кабину, среднюю часть, служащую для размещения топливного бака, и хвостовую часть. К средней части фюзеляжа снизу крепился центроплан крыла, под хвостовой частью – маршевый двигатель РУ19А-300 (разрабатывался для учебно-тренировочного Як-30, используется как вспомогательная силовая установка на самолетах Ан-26 и Ан-24РВ). Основные стойки шасси крепились на центроплан крыла, к которому также навешивались по 2 агрегата АИ-9 (используются как вспомогательные силовые установки на Як-40) с каждой стороны. Вся нижняя часть фюзеляжа состояла из открывающихся капотов и съемных обшивок, которые обеспечивали великолепный доступ для обслуживания громоздкой и сложной силовой установки. Воздухозаборник маршевого двигателя вынесли за носовую стойку шасси вперед, для предотвращения попадания в него посторонних предметов с ВПС, подбрасываемых колесом. На горизонтальной платформе в носовом стеклопластиковом обтекателе размещалось испытательное оборудование, подход к которому обеспечивался сдвиганием всего обтекателя по штанге датчика углов атаки, скольжения и скорости вперед. Передние отсеки боковых обтекателей также использовалось под испытательное оборудование. Плоская нижняя поверхность носового обтекателя на больших углах атаки должна была поджимать и выравнивать воздушный поток, который поступал в воздухозаборник двигателя.
Центральный пост управления взяли с истребителя МиГ-29. В самолет установили катапультное кресло К-36ВМ класса «0-0», используемое на самолетах с ВВП. В хвостовой части фюзеляжа был размещен контейнер противоштопорного парашюта.
Расчетный взлетный вес «Фотона» - 2150 кг. Максимальная скорость должна была составлять 740 км/ч а скороподъемность 23,5 м/с. Без включения ЭСУПС минимальная скорость составляла 215 км/ч. В случае использования ЭСУПС она должна была снизиться практически вдвое – 125 км/ч.
На Всесоюзном конкурсе 1984/1985 учебного года проект «Фотона» на лучшую научную работу среди студентов вузов занял второе место. Бобров А., Дунаевский А., Свинин С., Меренков С., Серебряков А., Александров И., Чернова Н., братья Сабатовский С. и Сабатовский А. (24 студента МАИ) получили денежные премии и медали конкурса как авторы научно-исследовательской работы «Проект экспериментального самолета «Фотон». Также отметили руководителей работы Жидовецкого К.М., Козина Ю.В., Горюнова Н.П. и Хван В.Т.
Как уже отмечалось, отработать в малой аэродинамической трубе на уменьшенных моделях ЭСУПС невозхможно в связи с трудностью соблюдения аэродинамического подобия, а поднимать экспериментальную машину, имеющую столь неизученную схему, сразу в воздух было слишком рискованно. В связи с этим первый экземпляр «Фотона», строительство которого началось в 1985 г., предназначался для продувки в натурной аэродинамической трубе ЦАГИТ-101.
Для изучения картины обтекания во время работы ЭСУПС на самолете имелось более 1200 точек замера статического давления на поверхности крыла, фюзеляжа в зоне крыла и оперения. Давления с данных точек выводились из самолета через пневмокоммутаторы в стойки аэродинамических весов и далее – на измерительные устройства, которые находились вне рабочей зоны трубы. Ведущий инженер ОСК-БЭС Коненков Юрий Степанович для трубного варианта «Фотона» разработал и изготовил дистанционную систему управления рулевыми поверхностями, перепускными заслонками пиевмосистемы и закрылками. Каждая управляемая поверхность оснащалась датчиком положения.
Также первый экземпляр служил как макет для отработки компоновки кабины, размещения оборудования и агрегатов системы управления. Все основные детали изготавливали в трех комплектах: для трубного, статического и летного экземпляра самолета. Правда, экземпляр для статических прочностных испытаний и летный экземпляр должны были изготавливаться по окончании сложной программы продувок. Сложность заключалась в том, что конструкция самолета предусматривала использование более десятка вариантов комбинаций струйной механизации крыла. В период сборки «Фотона» цех опытных летательных аппаратов ЭОЗ МАИ находился под руководством Тетюшева Михаила. Ведущий конструктор по сборке самолета – Дёмин Вадим.
Поскольку производственные возможности Экспериментально-опытного завода МАИ были весьма ограниченными, организовали широкую кооперацию с авиазаводами Москвы. Этим занимался Кузнецов Геннадий Викторович. На опытном заводе Сухого делали стекло для откидной части фонаря кабины, а также большинство гнутых деталей, таких, как лобовики крыла, рулей, оперения и обшивки фюзеляжа. Гальваника всех крупных обшивок и часть гнутых деталей осуществлялась на опытном заводе Ильюшина. Носовой стеклопластиковый обтекатель выклеивали на Московском вертолетном заводе имени Миля в Панках. Винтовые замки для многочисленных открывающихся капотов были заказаны на горьковском авиазаводе, где они шли на МиГ-31 и МиГ-25.
Для «трубного» экземпляра «Фотона» шасси не требовалось. Самолет в натурной трубе должен был размещаться на стойках аэродинамических весов, одновременно через них под давлением подавался воздух, который обеспечивал работу энергетической механизации крыла.
Разработка штатного шасси должна была производиться на втором этапе работ – во время создания летного экземпляра «Фотона».
«Трубный» экземпляр для перемещения по земле оснащался технологическим шасси. Для этого использовали переднюю и основные стойки Як-18Т. Так как основные стойки «Фотона», в отличие от Яка, устанавливались на фюзеляже, а не на консолях крыла, они имели небольшой «развал». В связи с этим колеса яковских стоек были установлены под углом к вертикали. У всех кто видел самолет впервые, это вызывало недоуменные вопросы. Тем не менее, данное «неродное» шасси давало возможность «Фотону» на прицепе за грузовиком доехать своим ходом до Жуковского от МАИ, а это приблизительно 80 км.
Вместе с самолетом изготовили несколько крыльевых сменных модулей ЭСУПС.
Постройку «трубного» экземпляра «Фотона» закончили в июне 1986 года на Экспериментально-опытном заводе МАИ, после чего самолет отправили в ЦАГИ. Как всегда везли ночью по кольцевой дороге вокруг Москвы на малой скорости в сопровождении ГАИ. Запомнился момент, когда около пяти утра доехали до моста через Пехорку, оказались в облаке тумана, который скопился в долине реки. Видимость была меньше пары метров, в связи с чем и так небольшую скорость снизили до пешеходной.
Итак, в ЦАГИ начали подготавливать самолет к испытаниям в трубе Т-101. В ЦАГИ в длительную командировку вместе с «Фотоном» отправилась бригада инженеров ОСКБЭС. Ведущим по конструкции самолета был Демин Вадим, за работу пневмосистемы отвечали Козин Юрий Владимирович и Серебряков Александр, за систему измерений – Филиппов Володя. Вячеслав Хван являлся научным руководителем от МАИ. Ведущим специалистом от ЦАГИ назначили Пакина Алексея Николаевича, а Петров Альберт Васильевич – ведущий в СССР специалист по аэродинамической энергетике – осуществлял общее научное руководство. На все время испытаний «нянькой» для маевской бригады стал Филин Александр Сергеевич, ведущий инженер от препараторской Т-101. Филин учил всем тонкостям подготовки работы в трубе и самой работы.
Первая попытка испытать под давлением пневмосистему самолета обескуражила конструкторов. При подготовке к ней все делалось тщательно, с соблюдением всех мер предосторожности. Высоким давлением могло «раздуть» конструкцию, а оттарированный на нужное давление предохранительный клапан отсутствовал. Его также предстояло разработать. Было принято решение поставить возле шланга, который подавал в самолет воздух, Филиппова Володю с топором, чтобы при опасности перерубить шланг. Как же удивилась вся бригада, когда стрелка манометра после подачи воздуха даже не дрогнула. Несмотря на то, что пневмосистему самолета собирали на герметике, давления она не держала. Полное устранение негерметичности заняло не один месяц.
Прежде, чем установить самолет в трубу, необходимо было отработать ЭСУПС в «статике». После того как устранили потери давления самолет в подводке «запел». Это с высокой частотой вибрировали обшивки, которые образовывали щель. Кроме того, под давлением толщина щели между креплениями увеличивалась вдвое. Двухмиллиметровые дюралевые обшивки были заменены на трехмиллиметровые из нержавеющей стали.
Подбор профилировки щели, а также взаиморасположения закрылка и щели потребовали особой тщательности. Чтобы визуализировать пространственный спектр обтекания и подтвердить прилипание струи к закрылку во всех диапазонах углов его отклонения изготовили специальные струбцины с шелковинками. На обеспечение одинакового спектра обтекания механизации вдоль всего размаха крыла было потрачено много времени.
При помощи миниатюрных датчиков измеряли полное давление в щели и подводящих трубопроводах. С конца 1940-х годов опыт газодинамических испытаний в ЦАГИ практически полностью забыли. Пришлось искать старых специалистов, еще помнящих методики проведения подобных экспериментов и обработки результатов. Таким специалистом был Чутаев Азат Садгеевич, который оказал существенную помощь при проведении испытаний «Фотона».
Оказалось, что самолет это только полдела. Выяснилось, что измерительная аппаратура ЦАГИ не обеспечивает эксперимент. Например, она не могла осуществлять одновременный замер давления в тысяче (и даже больше) точек поверхности самолета. Работу пришлось начать с создания такой аппаратуры.
Чтобы визуализировать поле скоростей за крылом изготовили решетку с шелковинками, которую можно было устанавливать на различных расстояниях за крылом, показывая влияние скоса потока на оперение и картину обтекания.
Инженеры бригады МАИ за время работы в ЦАГИ в целом получили более 20 авторских свидетельств на изобретения в области техники аэродинамических измерений.
Во время продувок самолета полный набор аэродинамических характеристик для одной из конфигураций (посадочной или крейсерской) получается за один пуск трубы. Самолет прогоняют по всем углам скольжения на каждом углу атаки, при этом шаг составляет несколько градусов. Характеристики «Фотона» для каждого сочетания углов атаки и скольжения также зависели и от расхода воздуха в энергосистеме увеличения подъемной силы. В связи с этим, количество фиксируемых точек испытаний увеличивалось на порядок. Также, в программе предусматривалось исследование нескольких вариантов сменных модулей механизации задней и передней кромок крыла.
Выдув осуществляли на переднюю кромку крыла, на элерон, на обычный поворотный закрылок (до угла отклонения в 180 градусов), на круглую заднюю кромку крыла. Также испытывали круглые задние кромки разных диаметров. Последнее представляло особый интерес, так как конструкция крыла упрощалась и облегчалась (ввиду отсутствия подвижных элементов – элеронов и закрылков), повышалась боевая живучесть и надежность, появлялась возможность использовать весь размах крыла для увеличения несущей способности. В этом случае управление по крену производилось несимметричным выдувом на крыло, чему посвятили большую программу продувок. Правда, опасались, что в крейсерском полете круглая задняя кромка крыла станет причиной увеличения сопротивления. Однако в процессе испытаний нашли способ решающий данную проблему без конструктивных усложнений, практически «бесплатно».
Также исследовалось влияние на обтекание крыла турбулизаторов потока (интерцепторов) и их оптимальное расположение вдоль хорды крыла. Кроме этого, проводилось исследование влияния различных законцовок крыла и перегородок между секциями элерона и закрылка.
Кроме исходной конфигурации продувался самолет с горизонтальным оперением, перенесенным на фюзеляж с киля. Также исследовали характеристики воздухозаборника и его канала, рассчитывая на постройку летного экземпляра самолета «Фотон». Так как ЦАГИ интересовала работа ЭСУПС в струе винта, планировали продуть «Фотон» с винтовой установкой, размещенной в трубе перед ним.
С «Фотоном» по объему продувок в Т-101 не мог сравниться ни один самолет из ранее построенных в СССР. Испытания вели в две смены. Никто не подсчитывал число «трубных» часов, однако характерен такой пример: когда требовалось провести испытания в трубе другого самолета, «Фотон» ненадолго снимался, «гостя» быстренько продували и на весы вновь устанавливали «хозяина». Главным конкурентом «Фотона» на «трубное» время в тот период являлся МиГ-29.
Перед каждой установкой в трубе долгие часы затрачивались на наземные испытания и тщательную отладку очередной конфигурации энергосистем увеличения подъемной силы в «статике».
В результате испытаний получили огромный по объему и уникальный по ценности материал по ЭСУПС. Ведь даже сегодня получить подобные результаты исключительно расчетными методами невозможно. Это единственное настолько глубокое исследование данного направления в СССР. Участники данной работы накопили не только теоретический, но и конструкторско-технологический опыт (что является очень важным!) в области энергетических систем увеличения подъемной силы.
Вкратце можно привести две цифры, которые дают качественную картину достигнутых результатов. Эффективность энергосистем увеличения подъемной силы характеризуется коэффициентом восстановления на профиле полного давления. Его величина показывает затраты энергии, которую необходимо подвести в обтекающий крыло поток, чтобы сохранить безотрывное обтекание. Для типовой конфигурации, обычного поворотного щелевого закрылка, отклоненного на угол 60 градусов, данный коэффициент у «Фотона» равен 0,05. Для сравнения, на Ан-74 антоновцы достигли вдвое большее значение, а значит и менее эффективное. Судя по появлению на авиасалоне МАКС-2001 Ан-74ТК-300 с двигателями, которые расположены традиционно, под крылом на пилонах, выигрыш от обдува части крыла был гораздо меньше проигрыша в удобстве обслуживания двигателей.
Максимальный коэффициент подъемной силы, который был получен во время экспериментов на «Фотоне», составлял 3,6. Необходимо уточнить, что это не Сушах профиля, получаемый на отсеках крыла бесконечного удлинения в аэродинамических трубах. Это коэффициент реальной компоновки самолета с фюзеляжем, который «съедает» значительную часть размаха крыла. Для сравнения, Сушах трехщелевого закрылка Фаулера может равняться 3,5, однако сложность реальной конструкции подобного закрылка гораздо больше, чем ЭСУПС.
По результатам испытаний «Фотона» разработали два специальных аэродинамических профиля крыла, которые позволяют получить наилучшие характеристики с энергосистемами увеличения подъемной силы. Она также испытывались в ЦАГИ.
Финансирование темы от МАПа начало оскудевать уже в 1988 году, а в 1989 году прекратилось полностью. Стало понятно, что постройка летного экземпляра самолета «Фотон» не состоится. Несмотря на это, военные, заинтересованные в результатах данной темы, продолжали находить средства на продолжение испытаний трубного экземпляра «Фотона» до 1993 года. Изменение политического курса страны, а также сокращение расходов на НИР (в различных секторах науки в среднем в двадцать и более раз) осуществить программу «Фотон» полностью не позволили.
Несомненно, работа по «Фотону» являлась серьезной проверкой научно-конструкторского уровня для коллектива ОСКБЭС МАИ, а также важной вехой для его истории. И если бы не развал СССР и его авиационной промышленности, данный интересный проект, несомненно, довели бы до стадии летного эксперимента, а за ним последовали бы другие не менее интересные и серьезные разработки.
Внедрение ЭСУПС в авиации можно сравнить с революцией, которая была вызвана появлением в 1930 годах на самолетах посадочных щитков и закрылков, а в 1960 – изменяемой стреловидности крыла. Преимуществами ЭСУПС по сравнению с изменяемой стреловидностью и взлетно-посадочной механизацией являются ее быстродействие, относительная конструктивная простота, а также более высокие достигаемые значения коэффициента подъемной силы. Также ЭСУПС может использоваться в разных сочетаниях с ними.
Результаты исследований по «Фотону» закладывались и в другом проекте Жидовецкого – реактивном административном самолете «Авиатика-950», который разрабатывался в 1994-1995 годах в рамках концерна «Авиатика».
Работу вели студенты под руководством штатных сотрудников ОСКБ-С, а также совместителей из преподавателей с кафедры конструкций и проектирования. Каждый год студенты выполняли около 25 курсовых и 15 дипломных проектов по реальным темам ОСКБ-С. Практически все штатные сотрудники ОСКБ-С свою работу в коллективе начинали еще студентами. В опытном производстве, которое работало по тематикам ОСКБ-С, задействовалось 15 рабочих-универсалов высокой квалификации. ОСКБ-С – единственное из студенческих КБ авиационных вузов СССР, чьи изделия в Минавиапроме признавались и допускались к испытаниям по правилам существовавшим там.
Главной задачей маёвского конструкторского бюро с одной стороны было совершенствование конструкторской подготовки студентов за счет их привлечения к созданию реальных образцов техники, с другой - использование квалифицированных преподавателей и способных студентов для решения в рамках учебного процесса актуальных задач авиационной промышленности.
Поскольку все крупные конструкторские коллективы с головой были загружены работами по сопровождению собственных серийных самолетов или опытными машинами (ориентированными на серию), то они совершенно не имели времени и желания заниматься экспериментальными летательными аппаратами. Данные работы казалось обременительными, и не обещали значительных финансовых вливаний.
Десятый Главк Авиапрома в подобной ситуации в лице ОСКБ-С нашел энергичный, талантливый и достаточно опытный коллектив, который способен решать поставленные задачи. А для молодого «бьющего копытом», но уже сложившегося конструкторского бюро это была отличная возможность доказать свою состоятельность, выйдя на новый уровень.
Идеологом и лидером коллектива, приложившим много сил к организации ОСКБЭС, являлся Жидовецкий Казимир Михайлович. Он пришел в конструкторское бюро еще в 1966 году, будучи студентом второго курса, на начальной стадии разработки «Кванта» и сразу же обратил на себя внимание своей работоспособностью и эрудированностью. Казимир Михайлович благодаря своему авторитету быстро возглавил одну из конструкторских групп, а позднее стал заместителем начальника СКБ по тех. вопросам. Жидовецкий разработал конструкцию всех основных агрегатов «Кванта», технологию их изготовления, затем осуществлял руководство постройкой и дальнейшими летными испытаниями самолета. Все летательные аппараты, разработанные и построенные в дальнейшем, создавались при самом активном участии и под непосредственным руководством Жидовецкого К.М. Именно его при создании ОСКБЭС назначили ответственным руководителем нового конструкторского бюро и утвердили приказом по Министерству в должности Главного конструктора МАП.
Основным предназначением экспериментального летательного аппарата является решение одной или нескольких научно-практических задач в области динамики полета и аэродинамики. От опытного экспериментальный отличается тем, что его последующее серийное производство не предусматривается. Как правило, такой летательный аппарат создается в одном или в двух экземплярах.
Для создания экспериментального аппарата требовалось гораздо меньше затрат, чем на опытный самолет, несущий груз или вооружение, целевое и навигационное оборудование, запас топлива, которое обеспечивает требуемый радиус действия. Также, при создании опытного самолета необходимо прорабатывать вопрос серийной технологичности, ремонтопригодности, боевой живучести, ресурса, обеспечения задаваемого времени подготовки к следующему вылету и так далее. Как показывает практика, с созданием опытного самолета одновременно раскручивается маховик подготовки серийного производства, поскольку заказчик довольно часто хочет иметь необходимую ему машину уже «завтра».
Некоторые экспериментальные задачи решаются при помощи серийных самолетов переоборудованных для этого. Это дает выигрыш в сроках и снижает затраты на исследования. Однако даже специально построенный экспериментальный самолет дает немалую экономию, в случае если при помощи него удается предотвратить «закладку» в опытные машины ошибочной концепции.
Нередко пренебрежение экспериментальной проверкой становится причиной значительно отодвинутых сроков и огромных средств, выброшенных на ветер. Яркий пример – первые варианты бомбардировщика Су-24 (изд. Т6-1) и истребителя МиГ-23 (изд. 23-01), оборудованные дополнительными подъемными двигателями для укороченного взлета/посадки и треугольным крылом. В 1966 году для отработки данной концепции на базе серийных истребителей построили экспериментальные самолеты Т-58ВД и МиГ-21ПД. Под давлением заказчика, до получения результатов испытаний, опытные Су-24 и МнГ-23 были запущены в производство. В 1967 году оба самолета сделали первый вылет. Во время практически одновременных испытаний опытных и экспериментальных машин выяснилось, что эта концепция ожидаемого эффекта не дает. По словам Самойловича О.С., это объясняется следующими причинами. Во-первых, реактивные струи подъемных двигателей на малых скоростях, отразившись от бетона, опять засасываются верхними воздухозаборниками. Горячие газы с небольшим содержанием кислорода значительно снижали тягу подъемных двигателей. Во-вторых, перетекание воздуха на верхнюю поверхность крыла из-под него, вызванное работой подъемных двигателей, изменяло картину обтекания, а также уменьшало несущую способность крыла. Таким образом, не удалось добиться сокращения взлетно-посадочной дистанции, а дополнительные двигатели увеличивали массу и отнимали внутренние объемы, уменьшая количество топлива. В результате оба проекта кардинально переработали в самолеты с изменяемой стреловидностью.
Другой пример. До получения результатов испытании экспериментального самолета МиГ-21И (начались в апреле 1968 года), специально созданного для определения характеристик оживального крыла для пассажирского сверхзвукового самолета, заложили опытный Ту-144 (31 декабря 1968 года - первый вылет). В итоге на самолете Ту-144 кардинально меняли профиль крыла и корректировали его форму в плане.
Разработке и исследованиям экспериментальных самолетов в США всегда уделялось значительное внимание. Достаточно вспомнить первые самолеты «X», при помощи которых в конце 1940-х - начале 1950-х гг. исследовались проблемы сверхзвуковых полетов. В 1950-1960-е гг. американцами построили более 10 экспериментальных аппаратов серии «X» при помощи которых изучались различные схемы самолетов вертикального взлета. Созданный в 1951 году экспериментальный Х-5 стал первым в мире самолетом, имеющим изменяемую стреловидность крыла. Берт Рутан в 1979 году по заказу NASA построил экспериментальный самолет AD-1 имеющий цельноповоротное крыло асимметрично изменяемой стреловидности. В 1984 г. была начата серия испытательных полетов Х-29 имеющего крыло обратной стреловидности. В 1990 году исследования сверхманевренности продолжились на экспериментальном Х-31. Данный перечень далеко не полный.
В СССР данная область авиационной науки была развита гораздо меньше. «Золотой век» отечественных экспериментальных самолетов пришелся на 1950-1960 гг. В 1957 году для отработки вертикального взлета построили экспериментальный аппарат «Турболет», в 1963 году – Як-36. На базе серийных Су-15 и МиГ-21 в 1966 году были созданы уже упоминавшиеся Т-58ВД и МиГ-21ПД. Говорилось и о экспериментальном самолете МиГ-21И «Аналог».
В данный список можно также добавить экспериментальный самолет «Квант», который создали в Минвузе, а не в МАПе. Его построили в 1977 г. и в 1978-1984 годах испытывали в ЛИИ МАП. Исследовали систему непосредственного управления подъемной силой, которая представляла собой маневренные закрылки, одновременно работавшие с рулем высоты во время отклонения ручки управления самолетом. Правда, «Квант» в разряд экспериментальных попал вынужденно из-за того что ему перекрыли дорогу в категорию спортивно-пилотажных самолетов. Это было сделано влиянием и силами Яковлева Л.С., который в то время являлся монополистом в области разработки спортивных машин.
4 из 6 вышеперечисленных экспериментальных самолетов создавались в крупных опытных КБ, об отношении которых к подобным работам было сказано выше. Исключением были только «Турболет» и «Квант», созданные в конструкторском отделении ЛИИ под руководством аэродинамика Матвеева В.Н. и конструктора Рафаэлянца А.Н.
Организованное в 1960-е гг. по инициативе Мясищева В.М. Десятое отделение ЦАГП, которое занималось исследованием перспективных схем летательных аппаратов, конструкторско-технологического опыта разработки реальных самолетов не имело.
Интенсивный прогресс в области авиатехники в нашей стране, который наблюдался до развала СССР, постоянно ставил вопросы, большинство из которых решить только трубными экспериментами или расчетными методами не удавалось.
Для ОСКБЭС задачи ставили непосредственно Симонов М.П., заместитель министра, и Шкадов Л.М., начальник Десятого Главка МАПа. Техническое задание утверждалось в ЛИИ и ЦАГИ.
Замминистра авиационной промышленности Симонов Михаил Петрович немало поспособствовал созданию ОСКБЭС. В министерство он пришел в 1979 году, где «под него» воссоздали должность заместителя министра по новой технике, опытному самолетостроению, в свое время ликвидированную, после ухода с нее замнаркома Яковлев А.С. Симонов курировал Десятый Главк МАПа, который отвечал за «науку». В его сферу входили ЛИИ, ЦАГИ и все другие научно-исследовательские институты авиационной промышленности.
Симонов, перешедший в министерство из компании Сухого, тяготился админ. работой и испытывал потребность в конструкторской деятельности. Жидовецкий К.М. говорил: «Михаил Петрович, по-видимому, был единственным заместителем министра за всю историю МАПа, у которого в кабинете стоял кульман». Так как кипучая энергия Симонова постоянно искала выхода, то сложившийся в МАПе порядок довольно быстро был нарушен некоторыми нововведениями.
Так Самойлович Олег Сергеевич в своей книге вспоминает, что в тот период Симонов М.П. выдвинул идею, в соответствии с которой проекты новых самолетов должны разрабатываться в ЦАГИ, а не в конструкторских бюро. При этом ОКБ обязаны были данные проекты только реализовывать. Как пример он приводит фронтовой бомбардировщик Т-60, проект которого был разработан в ЦАГИ по программе Б-90 (бомбардировщик 1960-х гг.) под руководством Симонова и «спущенный» суховцам в 1981 г.
Действительно, Михаил Петрович серьезно «взял в оборот» Десятое (перспективное) отделение ЦАГИ, и буквально пропадал там. Под его руководством кроме Т-60 разрабатывался проект однодвигательного экспериментального самолета имеющего крыло обратной стреловидности по аналогии с Х-29 американской разработки. Поскольку данный самолет также должен был строиться суховцами, то к работе привлекли несколько молодых конструкторов из отдела общих видов.
Следующим шагом, нетрадиционным для МАИ, стало образование в 1982 г. ОСКБЭС МАИ при непосредственной поддержке Симонова, а вслед за этим – КН «Квант» под руководством начальника СКБ-С Кузнецова Ю.В. Эти новые конструкторские бюро также должны были заняться под руководством Симонова М.П. проектными исследованиями.
В Минавиапроме в начале 1980-х годов были развернуты работы по двум перспективным программам: Ш-90 (штурмовик 1990-х годов) и И-90 (истребитель 1990-х годов). Было решено привлечь ОСКБЭС к исследованию перспективных тех. решений, использование которых значительно бы повысило ЛТХ штурмовиков и истребителей нового поколения.
Для ОСКБЭС первым заданием было определение эффективности использования СНУПС (система непосредственного управления подъемной силой) на боевых самолетах во время маневрирования, прицеливания и наведения, в том числе для упрощения техники посадки палубных самолетов МиГ-29К и Су-27К на корабль, которые в то время только начинали разрабатываться. По данной программе предполагалось провести серию испытательных полетов «Кванта».
Горюнов Н.П., являвшийся в то время ведущим специалистом ОСКБЭС по аэродинамике, вспоминал забавный случай, который относился к тому периоду. Во время обсуждения деталей программы с руководством ЛИИ один из инженеров ОСКБЭС обратил внимание Миронова А.Д., начальника института, на то, что посадка на авианосец происходит без выравнивания и выдерживания, привычных для «нормальной» авиации. Тот крайне удивился и поначалу в это даже не поверил. В доказательство маевцы предложили посмотреть художественный фильм «Небо над головой» (Франция), который в то время шел в прокате.
Картину заказали, привезли в ЛИИ. Ее просмотр для инженеров и летчиков был организован в актовом зале НИИ. В фильме в изобилии, крупным планом и красиво показывались «Супер Этандары» с авианосца «Клемансо», которые взлетали с паровой катапульты и садились на аэрофинишер. Кроме этого, повествовалось о любовных похождениях молодых пилотов.
Кадры из фильма подтверждали, что глиссада снижения направлена строго в точку касания, а небольшое искривление траектории, происходящее в последний момент, объяснялось влиянием близости «земли».
Сегодня все знают, что посадка на авианесущее судно имеет свои особенности. Поскольку она выполняется «по-вороньи», у палубных самолетов шасси значительно усилено. А для советских летчиков-испытателей эта наука начиналась с просмотра французского фильма с легкой руки инженеров МАИ.
В ОСКБЭС совместно с ОКБ Сухого в 1983-1984 гг. прорабатывалась возможность разработки на базе серийного Су-15 самолета-лаборатории СНУПС.
В связи с готовившимся предстоявшим расширением спектра задач, а также возможным увеличением штата студенческое КБ в 1983 г. перевели в более просторное помещение из двух тесных комнат.
Извечной проблемой самолетов со времени их появления является увеличение взлетно-посадочных скоростей и как следствие длин аэродромов, которые неизбежно следуют за попытками увеличить макс. скорость полета. Временами предпринимаются попытки хоть как-то бороться с данной тенденцией. Как известно, на боевых самолетах для уменьшения длины разбега используют пороховые ускорители, а для снижения длины пробега - тормозные парашюты. При этом ускорители являются одноразовыми устройствами, можно сказать, расходным материалом, однако с этим вынуждены мириться. В 1957 г. создали установку для безаэродромного взлета МиГТ9С. Опытный самолет, получивший название СМ-30, прошел испытания, однако в серию не пошел, поскольку невозможно было обеспечить безаэродромную посадку требуемую военными. Взлетно-посадочные возможности различных самолетов должны быть одного порядка.
Одним из перспективных направлений увеличения летно-технических характеристик (ЛТХ) самолетов ЦАГИ видел в применении энергетических систем увеличения подъемной силы (ЭСУПС). Этим эффектом также занимался известный ученый – аэродинамик Остославский И.В. При помощи отбора воздуха от компрессора РД и его выдува через профилированные щели возможна реализация на крыле эффект суперциркуляции. Это дает возможность достичь значений коэффициента подъемной силы, которые существенно больше, чем обеспечивают традиционные схемы взлетно-посадочной механизации. Одновременно энергетическая система увеличения подъемной силы улучшала и взлетно-посадочные характеристики самолетов.
По этому направлению кроме теоретического задела ЦАГИ в СССР имелся небольшой опыт применения струйной механизации. На истребителях МиГ-21 с 1964 г., начиная с модификации МиГ-21ПФМ, устанавливалась система СПС (сдува пограничного слоя) закрылков. Подобной системой несколько позже начали оснащать перехватчики Су-15. На Ан-72, который совершил первый полет в 1977 г., антоновцы предприняли попытку получить прирост подъемной силы во время взлета-посадки за счет обдувки струями реактивных двигателей участков верхней поверхности крыла. На самом же деле авианаука могла предложить конструкторам гораздо больше вариантов подобной механизации.
Применение ЭСУПС при сохранении маневренных и взлетно-посадочных характеристик давало возможность уменьшить площадь крыла истребителя, а это увеличивало максимальную скорость его полета. Штурмовикам данная система позволяла базирования на небольших площадках около линии фронта.
Кроме того, использование ЭСУПС виделось и в палубной авиации. В нашей стране в начале 1980-х г. были развернуты работы по созданию авианосных кораблей нового поколения. ВМФ СССР должен был наконец-то получить полноценные авианосцы, которые вооружены штурмовиками и истребителями горизонтального взлета оснащенные серьезными боевыми возможностями. Вертикально взлетающие Яки, использовавшиеся до этого на авианосцах, по меткому выражению, «могли на своих крыльях нести только собственные звезды».
Параллельно с постройкой авианосцев создавались палубные самолеты. В ОКБ Микояна и Сухого в 1983 г. велась работа по эскизным проектам палубных МиГ-29К и Су-27К. Их высокая тяговооруженнность, которая равнялась и даже несколько превышала единицу, позволяла осуществлять старт с палубы, не используя паровую катапульту, как это было на большинстве зарубежных авианесущих судах. Однако отказ от оснащения судов катапультой требовал какого-то другого решения для взлета ударных самолетов, которые не обладали столь высокой тяговооруженностью, как у истребители. Наиболее перспективным вариантом обеспечения бескатапультного взлета на короткой дистанции была энергетическая механизация крыла. Главная сложность заключалась в том, что ЭСУПС нельзя было исследовать на уменьшенных моделях в аэродинамических трубах. В данном случае основной изучаемый элемент энергомеханизации – щель толщиной 1-2 миллиметра, через которую на крыло выдувается воздух, уменьшалась бы до величины в несколько микрон. При таких размерах, во-первых, крайне сложно соблюсти точность ее профилировки. Во-вторых, и это главное, возникала трудность с соблюдением аэродинамического подобия, делая бессмысленным такой эксперимент. Для исследования данной концепции в реальных условиях и отработки конструктивных решений ее реализации представлялось целесообразным создать экспериментальный самолет.
В конце 1970-х гг. у американцев компания «Рокуэлл интернэшнл» по заказу военно-морского флота США строила опытный палубный истребитель-штурмовик XFV-12A имеющий короткий и вертикальный взлет/посадку (в зависимости от массы). Его крыло и переднее горизонтальное оперение (ПГО) были оборудованы ЭСУПС. Чтобы снизить трудоемкости, а следовательно и сроки изготовления данного аппарата американцы в его конструкции использовали готовые агрегаты серийных самолетов: носовая часть (передняя стойка шасси и кабина пилота) от палубного штурмовика А-4 «Скайхок» и кессонную часть и воздухозаборники крыла от истребителя F-4 «Фантом».
Жидовецкому предложили оценить силы ОСКБЭС для определения направление работы: в интересах темы Ш-90 или И-90. В течение короткого времени он разработал и предложил варианты компоновок экспериментальных летательных аппаратов для исследования системы увеличения подъемной силы в интересах обоих направлений.
При разработке советского истребителя нового поколения было принято решение обойтись без конкурса между микояновцами и суховцами, как десятью годами раньше во время создания МиГ-29 и Су-27. Здесь, вероятно, свою роль сыграла позиция замминистра Симонова, который незадолго до этого покинул ОКБ Сухого в связи со сложными отношениями с Генеральным конструктором Ивановым Е.А. и его заместителем Самойловичем О.С. Так или иначе, задание на И-90, более престижное для обеих фирм выдали ОКБ Микояна, а разработку Ш-90 поручили суховцам. Симонову М.П. вернувшемуся в 1983 г. на фирму Сухого в качестве Генерального конструктора, пришлось в инициативном порядке заниматься темой перспективного С-32.
По теме И-90 экспериментальный самолет выполнялся по аэродинамической схеме «утка» с двумя реактивными двигателями РУ19А-300, оснащенными плоскими соплами с управляемым вектором тяги. Данные экспериментальные сопла для двигателей разрабатывались в конструкторском отделении ЛИИ. На самолете с такой конфигурацией должны были отработать элементы сверхманевренности по программе, которая была аналогична той, под которую в Соединенных Штатах собирались создавать экспериментальный Х-31. В тот момент американцы только приступали к его разработке. Отечественный самолет отличался тем, что крыло было оборудовано системой ЭСУПС, которая работала от компрессоров двигателей. Чтобы снизить затраты и сроки при постройке самолета предлагали использовать кабину, носовую часть, кессон крыла, киль и шасси реактивного учебно-тренировочного самолета Л-39 чехословацкого производства.
Конструкция самолета позволяла осуществлять замену крыла: оно могло быть или обратной или прямой стреловидности. Кстати, в Соединенных Штатах для исследований маневренных возможностей крыла имеющего обратную стреловидность создали самолет Х-29.
В разработке схемы участвовал инженер Вячеслав Хван, который незадолго до этого закончил МАИ и пришел в ОСКБЭС.
После того как схему утвердили Симонов и Шкадовый изготовили демонстрационную модель. Так как самолет собирались строить в интересах программы И-90, необходимо было согласовать его схему с ведущей по данной теме фирмой, а именно ОКБ Микояна. Юрий Алексеевич Рыжов, проректор МАИ по науке, созвонился с Ростиславом Аноллосовичем Беляковым, генеральным конструктором, и весьма неожиданно получил приглашение немедленно вместе с Жидовецким приехать к нему, благо микояновское конструкторское бюро находится недалеко, через Ленинградку напротив института.
Поскольку с собой необходимо было везти модель самолета, Юрий Алексеевич предложил воспользоваться его собственной «Волгой». «Корочки» Рыжова позволяли ему проехать на режимную территорию конструкторского бюро, а вот Казимир Михайлович получить удостоверение Главного конструктора МАП еще не успел, поэтому могли возникнуть затруднения с его проездом на ОКБ. Обычный пропуск необходимо было заказывать накануне, однако кто же знал, что встреча с Беляковым состоится сразу.
Выход нашел сидевший за рулем Рыжов. Он отдал Казимиру свое удостоверение и сказал: «Про меня скажи, что я – шофер». Проходную проехали беспрепятственно.
Первая реакция Белякова, после того как он увидел привезенную модель – удивление, после чего он пытался выяснить, как в МАИ просочилась информация о разрабатываемом его ОКБ перспективном истребителе «1.42». Он успокоился лишь после того как обратил внимание, что машина ОСКБЭС имеет один киль в то время как у «1.42» их было два.
Когда практически все тех. вопросы, касавшиеся «утряски» схемы с ее реализацией, были решены, вдруг возникла нетехническая проблема. Это был 1982 год, неукоснительно соблюдалась «режимность», а уровень секретности схемы данного самолета с учетом «грифа» программы, в интересах которой его создавали, был признан высоким. Студенческое КБ по режимным соображениям к работам по этой теме не могло быть допущено. Вариантов выхода из сложившейся ситуации было два.
Или конструкторское бюро меняло свой статус, становясь экспериментальным без студенческой составляющей со всеми вытекающими последствиями, или оно продолжает заниматься экспериментальным самолетом по Ш-90, разработка которого параллельно с первой темой велась Жидовецким и схема которого такого «грифа» секретности не несла.
Жидовецкий и Рыжов, взвесив все «за» и «против», выбрали второй путь. Теме дали наименование «Фотон».
При формировании облика самолета проработали более двадцати различных компоновок. Один из первых вариантов экспериментального самолета «Фотон», скомпонованный по предложению ЦАГИ Жидовецким, имел прямое крыло, традиционную аэродинамическую схему и расположенный в носовой части ТРД ТВД-10Б. Работа ЭСУПС обеспечивалась двумя вспомогательными силовыми установками (ВСУ) АИ-9, располагавшимися на крыле в гондолах. Основные стойки шасси убирались в эти же гондолы. Носовая – убиралась в фюзеляж. Т-образное хвостовое оперение позволяло вынести стабилизатор из зоны значительного скошенного потока за крылом, которое оснащено ЭСУПС. Данную схему забраковал ЛИИ, поскольку обдув крыла струей от винта картину обтекания испортил бы, а это для эксперимента нежелательно.
После этого разработали вариант «Фотона» имеющего турбореактивный двигатель АИ-25, установленный над центральной частью фюзеляжа, и двухкилевое разнесенное оперение. Данную компоновку также обсуждали с ЛИИ и ЦАГИ.
В результате всех этих предварительных работ Жидовецкого посетила идея объединить оба варианта силовой установки – надфюзеляжный турбореактивный и носовой турбовинтовой двигатели, при отказе от дополнительных АИ-9. Для нужд ЭСУПС отбор воздуха мог производиться от второго контура ТРД АИ-25ТЛ. Кроме этого, Жидовецким в данную компоновку закладывались решения, которые позволили бы в случае успешного завершения экспериментальной программы использовать машину как прототип серийного легкого штурмовика.
«Фотон», по замыслу Жидовецкого К.М., должен был занять собственную нишу среди существующих боевых самолетов и быть своеобразным «скальпелем» в руках военных, который будет особенно эффективным в локальных конфликтах. Подразумевалось, что подобные самолеты будут использоваться для реагирования по запросу сухопутных войск, базироваться около линии фронта на полевых аэродромах небольшого размера. Для этого самолет должен обладать отличными взлетно-посадочными характеристиками. Энергетическая механизация крыла самолета «Фотон» должна была обеспечить небывалые для данного класса машин свойства.
Пояснить насущность данной концепции боевого самолета можно пояснить следующим примером. Во время балканского конфликта 1999 г. НАТОвские истребители-бомбардировщики, которые бомбили военные объекты сербов в Косово, взлетали с авиабазы Авиано (Италия), которая находилась за несколько сот километров. При этом ошибка навигационных расчетов была такой большой, что несколько раз удары с воздуха наносились по колоннам албанских беженцев на территории Македонии, ради защиты которых, собственно, и велись боевые действия НАТО. Летчик штурмовика, который базируется в десятках, а не сотнях км. от линии боевого соприкосновения, вряд ли перепутает страну, которую должен бомбить.
Уже к концу 1960-х гг. военные специалисты ведущих стран мира пришли к выводу, что точность поражения наземных целей со сверхзвуковых истребителей-бомбардировщиков ракетно-бомбовым вооружением недостаточно высока. Большая скорость данных самолетов дает пилоту очень мало времени для прицеливания, а слабая маневренность не позволяет исправить неточность прицеливания, в особенности при нанесении удара по малозаметным целям. Тогда в Соединенных Штатах появился дозвуковой маневренный штурмовик А-10 компании «Фэрчайлд» (1972 год), а в Советском Союзе – Су-25 (1975 год).
Кстати, именно концепция «полевого» базирования около линии фронта закладывалась конструкторами на начальном этапе создания Су-25. Предполагалось, что штурмовик оснастят двумя двухконтурными, относительно небольшими, двигателями АИ-25 (устанавливаются на пассажирских самолетах Як-40), он будет иметь взлетную массу 8 тыс. кг, боевую нагрузку – 2 тыс. кг, диапазон рабочих скоростей – от 500 до 800 км/ч и дальность полета – 750 км. Главное – самолет должен быть оперативным средством поддержки наземных войск. Командование Сухопутных войск, понимая это, всемерно поддерживало создание самолета, в то время как Военно-воздушные силы долгое время по отношению к нему демонстрировали полное равнодушие.
Однако ревность со стороны командования Военно-воздушных сил, нежелание вместе с самолетом отдавать «сухопутчикам» аэродромы с инфраструктурой и штатные единицы личного состава привели к тому, что заказчик проектом занялся «всерьез». В результате многократных требовании увеличения скорости и боевой нагрузки, Су-25 стал на борт брать 4тыс. кг боеприпасов, а его максимальная скорость увеличилась до 950 км/ч. Однако, трансформировавшись в многоцелевой самолет из самолета «поля боя», Су-25 при вдвое увеличившейся взлетной массе (17,6 тыс. кг) потерял способность базироваться на минимально подготовленных небольших площадках около линии фронта, мгновенно «отрабатывая» цели по заявкам «земли». Для сокращения времени реагирования во время войны в Афганистане приходилось организовывать воздушное дежурство штурмовиков.
Легкий штурмовик «Фотон» должен был действительно стать самолетом непосредственной поддержки сухопутных войск.
Главной особенностью схемы «Фотона» была разнесенная резервированная силовая установка, которая состояла из расположенного в носовой части фюзеляжа турбовинтового двигателя ТВД-20 и расположенного за кабиной пилота двухконтурного турбореактивного АИ-25ТЛ. Такое размещение двигателей уменьшало вероятность их одновременного поражения от огня противника, а также обеспечивало доп. защиту пилоту, который сидел в титановой сварной «ванне», как и на Су-25. Внутри конструкторского бюро проект тут же получил второе название – «Тяни-толкай».
По мнению Казимир Михайловича для самолета-штурмовика, который постоянно работает в условиях мощного огневого противодействия, низкопланная схема по многим критериям является предпочтительней. Элементы конструкции низкорасположенного горизонтального оперения и крыла защищают двигатель и пилота от огня с наиболее вероятных направлений с земли.
Также известно, что самолет схемы «низкоплан» обеспечивает экипажу гораздо большую безопасность при вынужденной посадке с невыпущенным шасси вероятность чего для штурмовика очень высокая. Это можно объяснить тем, что центроплан крыла очень прочная конструкция, которая берет на себя нагрузки, как в полете, так и при вынужденной посадке, защищая тем самым экипаж. У самолета имеющего схему высокоплан на этот случай дополнительно усиливается низ фюзеляжа. Колеса основного шасси «Фотона», наполовину выступающие из ниш, также повышали шансы безопасной посадки в случае выведения из строя системы их выпуска.
На сегодняшний день наиболее распространенным и эффективным средством против низколетящих самолетов являются ПЗРК (переносные зенитно-ракетные комплексы) типа «Игла», «Стрела-2» (Россия) и «Стингер» (США). Практически все они оснащаются оптической инфракрасной ГСН, которая реагирует на горячее сопло реактивного двигателя, и преимущественно запускаются в заднюю полусферу цели.
Сотрудники ОСКБЭС у самолёта «Фотон».
Ритуальная площадь МАИ, 1986 г
Ритуальная площадь МАИ, 1986 г
Компоновочная схема, которую для «Фотона» выбрал Жидовецкий, учитывала и это. Реданная перевернутая схема с расположением над хвостовой балкой сопла двигателя АИ-25 и низкорасположенное горизонтальное оперение с разнесенными килями затрудняли захват цели тепловыми ГСН с наиболее вероятных ракурсов обстрела. Вертикальное двухкилевое оперение также увеличивало боевую живучесть самолета, удовлетворяя требованию резервирования главных элементов конструкции.
Для «Фотона» выбрали схему шасси с хвостовой опорой, поскольку она обеспечивала более высокую проходимость. Правда, самолет, имеющий такую схему шасси, сложнее управляется на взлете-посадке. Во-первых, пилота должен проявлять повышенное внимание для выдерживания направления разбега и пробега, поскольку самолет стремится к самопроизвольным разворотам. Во-вторых, так как разбег начинается при стояночном значении угла атаки крыла, пилот должен вначале отдать ручку управления от себя, отрывая хвост и уменьшая угол атаки (а значит, и сопротивление), и лишь потом, набрав необходимую скорость, потянув ручку на себя осуществить отрыв от земли.
Жидовецким К.М., для преодоления этих недостатков шасси с хвостовой опорой была использована схема с нагруженной хвостовой стойкой. Это обозначало, что на хвостовое колесо приходилась наибольшая часть массы самолета, чем это принято традиционно. Таким образом, обеспечивалась необходимая устойчивость по направлению во время разбега и пробега самолета. А значительная стартовая тяговооруженность «Фотона» и возможность отрыва включением ЭСУПС в необходимый момент, когда достигнута нужная скорость разбега, позволяли осуществлять взлет с трех «точек». Данные факторы позволяли легко осваивать новый самолет пилотам средней квалификации, которые до этого даже не летали на самолетах имеющих хвостовое колесо.
Несмотря на расположение в носовой части фюзеляжа двигателя ТВД-20, компоновка обеспечивала отличный обзор пилоту вперед-вниз, что, безусловно, является необходимым для самолета данного назначения. Все остекление фонаря кабины выполнялось из бронестекол. Кабину пилота оборудовали катапультным креслом.
Оба двигателя, АИ-25ТЛ (тяга 1700 кг) и ТВД-20 (мощность 1375 л.с.), на взлете работали на максимальном режиме. Воздух, который отбирался от второго контура двигателя АИ-25ТЛ, обеспечивал работу струйной механизации крыла во время взлета-посадки.
Также оба двигателя использовались для быстрого выхода к цели и ухода после выполнения задачи. Режим барражирования в районе цели или крейсерский полет обеспечивался более экономичным ТВД ТВД-20, при этом АИ-25ТЛ был переведен на режим малого газа, для меньшего расходования горючего.
Необходимость для штурмовика подобного экономичного режима, который обеспечивает большую продолжительность полета, была выявлена на последнем этапе боевых действий советских войск в Афганистане. Зимой 1988-1989 годов, колонны Сороковой армии отходили по горным дорогам в Союз из Афганистана. Вертолеты и штурмовики Су-25 прикрывали отход войск с воздуха на случай обстрела душманами из засад колонн на марше. Удаленность аэродромов, расположенных на советской территории, а также большой расход топлива РД, не давали самолетам возможности находиться продолжительное время над прикрываемыми войсками. Именно поэтому в конце 1980-х - начале 1990-х годов компанией Сухого в рамках программы «Ш-90» прорабатывался и проект штурмовика, который должен был оснащаться парой экономичных ТРД.
Так как взлетная масса «Фотона» составляла 3 тонны, и он имел довольно необычный внешний вид, кто-то из острословов ОСКБЭС назвал его «Тритоном».
Вооружение легкого штурмовика должно было состоять из свободнопадающих авиабомб, неуправляемых авиаракет для ведения огня по наземным целям, пушки в подкрыльевых подвесных контейнерах. В случае применения самолета в качестве истребителя вертолетов и для самообороны он мог нести самонаводящиеся ракеты класса «воздух-воздух» ближнего боя оснащенные инфракрасной ГСН. Также самолет мог применяться для уничтожения дистанционно пилотируемых летательных аппаратов.
Проект самолета и тщательно выполненная модель демонстрировались на Пироговке в штабе военно-воздушных сил, а также в других инстанциях военного ведомства, однако везде наталкивался на одинаковую реакцию: «Все, что несет меньше 5 тонн бомб, для нас не представляет интереса!». Военные не нуждаются в «скальпеле». Гораздо удобнее использовать «дубину».
Итак, заручиться для реализации проекта «Фотона» поддержкой военных не получилось. Заказчик – Десятый Главк МАПа – считал, что создание экспериментального самолета будет весьма дорогостоящей. Также ЦАГИ казалось, что для решения поставленной задачи – исследования ЭСУПС – данная схема является излишне сложной. ЛИИ категорически выступал против использования винтовой силовой установки.
Также, неясной оставалась судьба ТВД-20. Его разрабатывали под Ан-3, однако с прекращением данной программы вопрос о доводке и серийном производстве двигателя повис в воздухе. Жидовецкому предложили разработать упрощенный вариант самолета. Техническое задание на самолет разработали в ЛИИ и ЦАГИ, и было утверждено 10 июля 1984 г. замминистра.
В течение 1984 г. разработали эскизный проект самолета имеющего то же названием, однако совершенно другую схему. В качестве маршевого двигателя выбрали реактивный двигатель РУ19А-300 (тяга 900 кг). Так как с двигательным конструкторским бюро доработки, необходимые для отбора воздуха, согласовать не удалось то на самолет для нужд струйной механизации пришлось установить 4 газотурбинных агрегата АИ-9. Это с одной стороны серьезно усложняло конструкцию, однако с другой, автономный источник воздуха давал возможность изменять параметры ЭСУПС в не зависимости от режима маршевого двигателя. Четыре АИ-9 размещались по бокам фюзеляжа под обтекателями попарно.
Горюнов Николай Петрович вспоминает, что разработчики очень беспокоились по поводу одной цифры в тех. характеристиках АИ-9 – максимальное время непрерывной работы агрегата. По паспорту данная цифра равнялась 45 сек., в то время как на «Фотоне» ему необходимо было непрерывно работать намного дольше. Чтобы разрешить этот вопрос и получить подробную документацию группа работников ОСК-БЭС была командирована в КБ Лотарева в Запорожье.
Инженеры двигательного КБ не могли ответить, чем было вызвано данное ограничение, и возможно ли его превышение. Когда москвичи уже отчаялись из-за тупиковой ситуации, нашелся один из старейших работников конструкторского бюро, который вспомнил, что в технических условиях цифра 45 сек. появилась лишь потому, что именно она была необходима по тех. заданию яковлевцев, для которых создавался АИ-9. На самом деле агрегат мог непрерывно работать вплоть до полного израсходования ресурса.
На самолете для чистоты эксперимента было применено прямое крыло без сужения. Для уменьшения влияния интерференции с фюзеляжем на его характеристики, крыло сделали среднерасположенным. Его «развязали» с шасси, установив его на фюзеляж, из тех же соображений. Крыло имело разработанный в ЦАГИ 16 процентный профиль П-20. Крыло в силовом отношении представляло собой кессон, разделенный по размаху на отъемные консоли и центроплан. На консоли были установлены сменные задние и передние модули энергетической механизации.
Чтобы вызванный эффектом суперциркуляции мощный скос потока за крылом не уменьшал эффективность горизонтального оперения, его вынесли на вершину киля большой площади. Чтобы обеспечить продольную балансировку самолета на режимах взлета-посадки с работающей ЭСУПС горизонтальному оперению придали сравнительно большую площадь, которая была равна почти 30 процентам площади крыла и 12 процентный несимметричный перевернутый профиль.
Чтобы упростить конструкцию и учитывая то, что на самолете, преимущественно, будут отрабатываться взлетно-посадочные режимы, было принято решение делать шасси неубирающимся.
Конструкция самолета была высокотехнологичной. Обводы фюзеляжа подразумевали минимум обшивок двойной кривизны. Они выполнялись из стеклопластика. Все нагрузки воспринимались верхней частью фюзеляжа, своеобразным «хребтом», который компоновочно делился на кабину, среднюю часть, служащую для размещения топливного бака, и хвостовую часть. К средней части фюзеляжа снизу крепился центроплан крыла, под хвостовой частью – маршевый двигатель РУ19А-300 (разрабатывался для учебно-тренировочного Як-30, используется как вспомогательная силовая установка на самолетах Ан-26 и Ан-24РВ). Основные стойки шасси крепились на центроплан крыла, к которому также навешивались по 2 агрегата АИ-9 (используются как вспомогательные силовые установки на Як-40) с каждой стороны. Вся нижняя часть фюзеляжа состояла из открывающихся капотов и съемных обшивок, которые обеспечивали великолепный доступ для обслуживания громоздкой и сложной силовой установки. Воздухозаборник маршевого двигателя вынесли за носовую стойку шасси вперед, для предотвращения попадания в него посторонних предметов с ВПС, подбрасываемых колесом. На горизонтальной платформе в носовом стеклопластиковом обтекателе размещалось испытательное оборудование, подход к которому обеспечивался сдвиганием всего обтекателя по штанге датчика углов атаки, скольжения и скорости вперед. Передние отсеки боковых обтекателей также использовалось под испытательное оборудование. Плоская нижняя поверхность носового обтекателя на больших углах атаки должна была поджимать и выравнивать воздушный поток, который поступал в воздухозаборник двигателя.
Центральный пост управления взяли с истребителя МиГ-29. В самолет установили катапультное кресло К-36ВМ класса «0-0», используемое на самолетах с ВВП. В хвостовой части фюзеляжа был размещен контейнер противоштопорного парашюта.
Расчетный взлетный вес «Фотона» - 2150 кг. Максимальная скорость должна была составлять 740 км/ч а скороподъемность 23,5 м/с. Без включения ЭСУПС минимальная скорость составляла 215 км/ч. В случае использования ЭСУПС она должна была снизиться практически вдвое – 125 км/ч.
На Всесоюзном конкурсе 1984/1985 учебного года проект «Фотона» на лучшую научную работу среди студентов вузов занял второе место. Бобров А., Дунаевский А., Свинин С., Меренков С., Серебряков А., Александров И., Чернова Н., братья Сабатовский С. и Сабатовский А. (24 студента МАИ) получили денежные премии и медали конкурса как авторы научно-исследовательской работы «Проект экспериментального самолета «Фотон». Также отметили руководителей работы Жидовецкого К.М., Козина Ю.В., Горюнова Н.П. и Хван В.Т.
Как уже отмечалось, отработать в малой аэродинамической трубе на уменьшенных моделях ЭСУПС невозхможно в связи с трудностью соблюдения аэродинамического подобия, а поднимать экспериментальную машину, имеющую столь неизученную схему, сразу в воздух было слишком рискованно. В связи с этим первый экземпляр «Фотона», строительство которого началось в 1985 г., предназначался для продувки в натурной аэродинамической трубе ЦАГИТ-101.
Для изучения картины обтекания во время работы ЭСУПС на самолете имелось более 1200 точек замера статического давления на поверхности крыла, фюзеляжа в зоне крыла и оперения. Давления с данных точек выводились из самолета через пневмокоммутаторы в стойки аэродинамических весов и далее – на измерительные устройства, которые находились вне рабочей зоны трубы. Ведущий инженер ОСК-БЭС Коненков Юрий Степанович для трубного варианта «Фотона» разработал и изготовил дистанционную систему управления рулевыми поверхностями, перепускными заслонками пиевмосистемы и закрылками. Каждая управляемая поверхность оснащалась датчиком положения.
Также первый экземпляр служил как макет для отработки компоновки кабины, размещения оборудования и агрегатов системы управления. Все основные детали изготавливали в трех комплектах: для трубного, статического и летного экземпляра самолета. Правда, экземпляр для статических прочностных испытаний и летный экземпляр должны были изготавливаться по окончании сложной программы продувок. Сложность заключалась в том, что конструкция самолета предусматривала использование более десятка вариантов комбинаций струйной механизации крыла. В период сборки «Фотона» цех опытных летательных аппаратов ЭОЗ МАИ находился под руководством Тетюшева Михаила. Ведущий конструктор по сборке самолета – Дёмин Вадим.
Поскольку производственные возможности Экспериментально-опытного завода МАИ были весьма ограниченными, организовали широкую кооперацию с авиазаводами Москвы. Этим занимался Кузнецов Геннадий Викторович. На опытном заводе Сухого делали стекло для откидной части фонаря кабины, а также большинство гнутых деталей, таких, как лобовики крыла, рулей, оперения и обшивки фюзеляжа. Гальваника всех крупных обшивок и часть гнутых деталей осуществлялась на опытном заводе Ильюшина. Носовой стеклопластиковый обтекатель выклеивали на Московском вертолетном заводе имени Миля в Панках. Винтовые замки для многочисленных открывающихся капотов были заказаны на горьковском авиазаводе, где они шли на МиГ-31 и МиГ-25.
Для «трубного» экземпляра «Фотона» шасси не требовалось. Самолет в натурной трубе должен был размещаться на стойках аэродинамических весов, одновременно через них под давлением подавался воздух, который обеспечивал работу энергетической механизации крыла.
Разработка штатного шасси должна была производиться на втором этапе работ – во время создания летного экземпляра «Фотона».
«Трубный» экземпляр для перемещения по земле оснащался технологическим шасси. Для этого использовали переднюю и основные стойки Як-18Т. Так как основные стойки «Фотона», в отличие от Яка, устанавливались на фюзеляже, а не на консолях крыла, они имели небольшой «развал». В связи с этим колеса яковских стоек были установлены под углом к вертикали. У всех кто видел самолет впервые, это вызывало недоуменные вопросы. Тем не менее, данное «неродное» шасси давало возможность «Фотону» на прицепе за грузовиком доехать своим ходом до Жуковского от МАИ, а это приблизительно 80 км.
Вместе с самолетом изготовили несколько крыльевых сменных модулей ЭСУПС.
Постройку «трубного» экземпляра «Фотона» закончили в июне 1986 года на Экспериментально-опытном заводе МАИ, после чего самолет отправили в ЦАГИ. Как всегда везли ночью по кольцевой дороге вокруг Москвы на малой скорости в сопровождении ГАИ. Запомнился момент, когда около пяти утра доехали до моста через Пехорку, оказались в облаке тумана, который скопился в долине реки. Видимость была меньше пары метров, в связи с чем и так небольшую скорость снизили до пешеходной.
Итак, в ЦАГИ начали подготавливать самолет к испытаниям в трубе Т-101. В ЦАГИ в длительную командировку вместе с «Фотоном» отправилась бригада инженеров ОСКБЭС. Ведущим по конструкции самолета был Демин Вадим, за работу пневмосистемы отвечали Козин Юрий Владимирович и Серебряков Александр, за систему измерений – Филиппов Володя. Вячеслав Хван являлся научным руководителем от МАИ. Ведущим специалистом от ЦАГИ назначили Пакина Алексея Николаевича, а Петров Альберт Васильевич – ведущий в СССР специалист по аэродинамической энергетике – осуществлял общее научное руководство. На все время испытаний «нянькой» для маевской бригады стал Филин Александр Сергеевич, ведущий инженер от препараторской Т-101. Филин учил всем тонкостям подготовки работы в трубе и самой работы.
Первая попытка испытать под давлением пневмосистему самолета обескуражила конструкторов. При подготовке к ней все делалось тщательно, с соблюдением всех мер предосторожности. Высоким давлением могло «раздуть» конструкцию, а оттарированный на нужное давление предохранительный клапан отсутствовал. Его также предстояло разработать. Было принято решение поставить возле шланга, который подавал в самолет воздух, Филиппова Володю с топором, чтобы при опасности перерубить шланг. Как же удивилась вся бригада, когда стрелка манометра после подачи воздуха даже не дрогнула. Несмотря на то, что пневмосистему самолета собирали на герметике, давления она не держала. Полное устранение негерметичности заняло не один месяц.
Прежде, чем установить самолет в трубу, необходимо было отработать ЭСУПС в «статике». После того как устранили потери давления самолет в подводке «запел». Это с высокой частотой вибрировали обшивки, которые образовывали щель. Кроме того, под давлением толщина щели между креплениями увеличивалась вдвое. Двухмиллиметровые дюралевые обшивки были заменены на трехмиллиметровые из нержавеющей стали.
Подбор профилировки щели, а также взаиморасположения закрылка и щели потребовали особой тщательности. Чтобы визуализировать пространственный спектр обтекания и подтвердить прилипание струи к закрылку во всех диапазонах углов его отклонения изготовили специальные струбцины с шелковинками. На обеспечение одинакового спектра обтекания механизации вдоль всего размаха крыла было потрачено много времени.
При помощи миниатюрных датчиков измеряли полное давление в щели и подводящих трубопроводах. С конца 1940-х годов опыт газодинамических испытаний в ЦАГИ практически полностью забыли. Пришлось искать старых специалистов, еще помнящих методики проведения подобных экспериментов и обработки результатов. Таким специалистом был Чутаев Азат Садгеевич, который оказал существенную помощь при проведении испытаний «Фотона».
Оказалось, что самолет это только полдела. Выяснилось, что измерительная аппаратура ЦАГИ не обеспечивает эксперимент. Например, она не могла осуществлять одновременный замер давления в тысяче (и даже больше) точек поверхности самолета. Работу пришлось начать с создания такой аппаратуры.
Чтобы визуализировать поле скоростей за крылом изготовили решетку с шелковинками, которую можно было устанавливать на различных расстояниях за крылом, показывая влияние скоса потока на оперение и картину обтекания.
Инженеры бригады МАИ за время работы в ЦАГИ в целом получили более 20 авторских свидетельств на изобретения в области техники аэродинамических измерений.
Во время продувок самолета полный набор аэродинамических характеристик для одной из конфигураций (посадочной или крейсерской) получается за один пуск трубы. Самолет прогоняют по всем углам скольжения на каждом углу атаки, при этом шаг составляет несколько градусов. Характеристики «Фотона» для каждого сочетания углов атаки и скольжения также зависели и от расхода воздуха в энергосистеме увеличения подъемной силы. В связи с этим, количество фиксируемых точек испытаний увеличивалось на порядок. Также, в программе предусматривалось исследование нескольких вариантов сменных модулей механизации задней и передней кромок крыла.
Выдув осуществляли на переднюю кромку крыла, на элерон, на обычный поворотный закрылок (до угла отклонения в 180 градусов), на круглую заднюю кромку крыла. Также испытывали круглые задние кромки разных диаметров. Последнее представляло особый интерес, так как конструкция крыла упрощалась и облегчалась (ввиду отсутствия подвижных элементов – элеронов и закрылков), повышалась боевая живучесть и надежность, появлялась возможность использовать весь размах крыла для увеличения несущей способности. В этом случае управление по крену производилось несимметричным выдувом на крыло, чему посвятили большую программу продувок. Правда, опасались, что в крейсерском полете круглая задняя кромка крыла станет причиной увеличения сопротивления. Однако в процессе испытаний нашли способ решающий данную проблему без конструктивных усложнений, практически «бесплатно».
Также исследовалось влияние на обтекание крыла турбулизаторов потока (интерцепторов) и их оптимальное расположение вдоль хорды крыла. Кроме этого, проводилось исследование влияния различных законцовок крыла и перегородок между секциями элерона и закрылка.
Кроме исходной конфигурации продувался самолет с горизонтальным оперением, перенесенным на фюзеляж с киля. Также исследовали характеристики воздухозаборника и его канала, рассчитывая на постройку летного экземпляра самолета «Фотон». Так как ЦАГИ интересовала работа ЭСУПС в струе винта, планировали продуть «Фотон» с винтовой установкой, размещенной в трубе перед ним.
С «Фотоном» по объему продувок в Т-101 не мог сравниться ни один самолет из ранее построенных в СССР. Испытания вели в две смены. Никто не подсчитывал число «трубных» часов, однако характерен такой пример: когда требовалось провести испытания в трубе другого самолета, «Фотон» ненадолго снимался, «гостя» быстренько продували и на весы вновь устанавливали «хозяина». Главным конкурентом «Фотона» на «трубное» время в тот период являлся МиГ-29.
Перед каждой установкой в трубе долгие часы затрачивались на наземные испытания и тщательную отладку очередной конфигурации энергосистем увеличения подъемной силы в «статике».
В результате испытаний получили огромный по объему и уникальный по ценности материал по ЭСУПС. Ведь даже сегодня получить подобные результаты исключительно расчетными методами невозможно. Это единственное настолько глубокое исследование данного направления в СССР. Участники данной работы накопили не только теоретический, но и конструкторско-технологический опыт (что является очень важным!) в области энергетических систем увеличения подъемной силы.
Вкратце можно привести две цифры, которые дают качественную картину достигнутых результатов. Эффективность энергосистем увеличения подъемной силы характеризуется коэффициентом восстановления на профиле полного давления. Его величина показывает затраты энергии, которую необходимо подвести в обтекающий крыло поток, чтобы сохранить безотрывное обтекание. Для типовой конфигурации, обычного поворотного щелевого закрылка, отклоненного на угол 60 градусов, данный коэффициент у «Фотона» равен 0,05. Для сравнения, на Ан-74 антоновцы достигли вдвое большее значение, а значит и менее эффективное. Судя по появлению на авиасалоне МАКС-2001 Ан-74ТК-300 с двигателями, которые расположены традиционно, под крылом на пилонах, выигрыш от обдува части крыла был гораздо меньше проигрыша в удобстве обслуживания двигателей.
Максимальный коэффициент подъемной силы, который был получен во время экспериментов на «Фотоне», составлял 3,6. Необходимо уточнить, что это не Сушах профиля, получаемый на отсеках крыла бесконечного удлинения в аэродинамических трубах. Это коэффициент реальной компоновки самолета с фюзеляжем, который «съедает» значительную часть размаха крыла. Для сравнения, Сушах трехщелевого закрылка Фаулера может равняться 3,5, однако сложность реальной конструкции подобного закрылка гораздо больше, чем ЭСУПС.
По результатам испытаний «Фотона» разработали два специальных аэродинамических профиля крыла, которые позволяют получить наилучшие характеристики с энергосистемами увеличения подъемной силы. Она также испытывались в ЦАГИ.
Финансирование темы от МАПа начало оскудевать уже в 1988 году, а в 1989 году прекратилось полностью. Стало понятно, что постройка летного экземпляра самолета «Фотон» не состоится. Несмотря на это, военные, заинтересованные в результатах данной темы, продолжали находить средства на продолжение испытаний трубного экземпляра «Фотона» до 1993 года. Изменение политического курса страны, а также сокращение расходов на НИР (в различных секторах науки в среднем в двадцать и более раз) осуществить программу «Фотон» полностью не позволили.
Несомненно, работа по «Фотону» являлась серьезной проверкой научно-конструкторского уровня для коллектива ОСКБЭС МАИ, а также важной вехой для его истории. И если бы не развал СССР и его авиационной промышленности, данный интересный проект, несомненно, довели бы до стадии летного эксперимента, а за ним последовали бы другие не менее интересные и серьезные разработки.
Внедрение ЭСУПС в авиации можно сравнить с революцией, которая была вызвана появлением в 1930 годах на самолетах посадочных щитков и закрылков, а в 1960 – изменяемой стреловидности крыла. Преимуществами ЭСУПС по сравнению с изменяемой стреловидностью и взлетно-посадочной механизацией являются ее быстродействие, относительная конструктивная простота, а также более высокие достигаемые значения коэффициента подъемной силы. Также ЭСУПС может использоваться в разных сочетаниях с ними.
Результаты исследований по «Фотону» закладывались и в другом проекте Жидовецкого – реактивном административном самолете «Авиатика-950», который разрабатывался в 1994-1995 годах в рамках концерна «Авиатика».
