Самолет с обратным крылом

Производство и интересные факты

Процесс сборки Су-47 «Беркут» отличается большими денежными расходами по той причине, что самолет не запущен в серийное производство. Так как проект и сегодня остается секретным (даже нет полных сведений обо всем оборудовании, которое применяется на борту), то назвать точное количество собранных машин не представляется возможным. Однако понятно, что на вооружении сегодня числятся единицы Су-47.

Несмотря на то, что создание и дальнейшая эксплуатация Су-47 «Беркут» были полны трудностей, этот истребитель пользуется любовью пилотов, конструкторов и увлеченных авиацией людей

Эта любовь порождает пристальное внимание к самолету на выставках, показах, во время испытаний. Возможно, по этой причине о самолете с таким маленьким сроком службы уже появились интересные факты

Например, долгое время само проектирование нового истребителя держалось в строжайшем секрете. Но однажды в прессу попали случайные снимки с заседания военного совета, где на столе у высших начальников стоял … макет самолета с обратной стреловидностью крыла. Этой мелочи хватило, чтобы зарубежные конструкторы нарисовали проект секретного истребителя. Несмотря на постоянные опровержения подобных разработок в КБ СССР со стороны руководства страны, после выхода самолета стало понятно, что иностранные инженеры не ошибались.

Истребители с обратной стреловидностью крыла разрабатывались не только в СССР. Некоторые проекты за рубежом даже дошли до финальных испытаний. Но кроме Су-47 «Беркут», ни один, какой-либо другой истребитель не стал перспективной разработкой

Наоборот, работы преимущественно сворачивались, а внимание уделялось универсальным и простым в производстве самолетам

Во-первых, сам самолет получил передовую авионику, но и испытания новых технологий дали возможность продвинуться в создании следующего поколения истребителей — Т-50.

Су-47 «Беркут» близок по характеристикам проекту «Стэлс». Технологии русского истребителя также позволяют оставаться незамеченным для радаров. Но ориентированность на классическое исполнение фюзеляжа истребителя, применение традиционных конструкторских ходов сделали российский самолет намного дешевле.

Угловое ускорение по крену

Здесь сужение сильно влияет на момент инерции самолета относительно продольной оси, который, практически равен моменту инерции крыла. При вычислении момента инерции берется интеграл от произведения элементарной погонной массы на квадрат расстояния от оси. Допустим, у нас крыло с сужением 2. Тогда погонная масса на конце крыла будет вчетверо меньше, чем у корня (площадь профиля с вдвое меньшей хордой меньше вчетверо). В этом случае момент инерции крыла с сужением 2 будет теоретически в 16 раз меньше равного ему прямоугольного крыла. На практике разница меньше, из-за, к примеру, одинаковой по размаху толщины обшивки. Тем не менее, крыло с сужением будет набирать угловую скорость по крену во много раз быстрее

Кстати, гасить угловую скорость по крену такое крыло будет тоже быстрее, что важно для точного выхода пилотажки из серии бочек или из штопора

Для тренировочных моделей излишняя маневренность по крену крайне вредна, потому что требует от пилота высокой квалификации и автоматизма в управлении моделью по крену.

Помимо сужения, на указанные характеристики еще сильнее влияет относительное удлинение крыла. Настолько сильно, что при большом удлинении отмеченные зависимости уже не столь значимы. Вместе с тем, большие удлинения характерны для неманевренных самолетов. Поэтому динамические характеристики там и не важны.

Особенности питания беркута

– Реклама –

Охотится беркут на самую разную дичь в зависимости от местности и от времени года. В его рацион входит сурок, суслик, заяц, хорек, скунс, черепаха, белка, ежи. Также охотится на птиц (голуби, глухари, тетерев, белые куропатки, перепела, утки, цапля, домашние гуси, совы, ястребы). Беркуты, которые живут на юге ареала, питаются змеями, лягушками и другими пресмыкающимися и земноводными. Беркут может нападать на животных, крупнее его по весу и размерам, например, на оленей, косуль, серн, овец, когда они больны или же на их детёнышей. Птица может питаться и падалью, особенно в зимний период. Суточная потребность взрослой птицы в пище составляет около 1,5 кг мяса. Но при необходимости беркут способен прожить без пищи до пяти недель.

В поисках добычи в ясный солнечный день беркут может долго парить высоко в воздухе, практически не работая крыльями. Второй способ его охоты заключается в скольжении на маленькой высоте. В ненастные дни беркуты нападают из засады и могут долго высматривать добычу с дерева или со скалы. Заметив свою жертву, беркут пикирует за ней, при этом птица развивает скорость от 240 до 320 км/ч.

Охотятся беркуты обычно парами. Результативность охоты растет с возрастом птицы. Так, молодой беркут в среднем способен поймать одного зайца из двадцати, но, взрослея, птица достигает такого мастерства, что успевает схватить добычу ещё до того, как та попытается убежать.

В своих сильных лапах беркут может переносить около 4-5 кг мяса. Иногда беркут отнимает добычу у других птиц, как родственных, так и чужих видов.

История Су-47

Работы над Су-47 начались с 1980-го г., когда уже был получен качественно новый истребитель-бомбардировщик Су-27. На его базе и разрабатывался перспективный тяжёлый истребитель пятого поколения. Известны несколько названий проекта: И-90, С-22, С-32 и предшественник С-37. С конца 60-х уже были попытки использовать в КБ «Сухого» КМ (композитные материалы) для облегчения конструкции, но их характеристики (углепластика) не были устойчивыми на тот период времени. Сейчас это качественный материал до 8 м длины, из него и сделаны панели для «Беркута».

Особенностью конструкции самолёта являются КОС (крылья обратной стреловидности). Свою историю они начали с 1930-х гг., когда впервые в августе 1934-го планер БП-2 принял участие в соревнованиях в Коктебеле (СССР, Крым). Это была разработка советского учёного В.Н.Беляева. Преимуществом конструкторского решения стали высокие показатели управляемости и устойчивости полётов. Тогда же были проведены испытания в ЦАГИ (центральном аэрогидродинамическом институте им. Н.Е.Жуковского) в аэродинамической трубе, а также совершён полёт Коктебель-Москва. В авиастроении советской России такая конструкция не применялась до 1950 г., с ней вновь столкнулись в 1944 г., когда Германия начала поставлять на фронт реактивный бомбардировщик Ju-287 со скоростью 815 км/ч. В 1945 – 1947 гг. конструктор П.П.Цыбин создаёт планер ЛЛ-3 с КОС, скоростью 1150 км/час. С конца 1946-го г. ОКБ Ильюшина поручено создать пассажирский самолёт с безопасным завершением взлёта в случае отказа одного из двух двигателей. Так, на замену Ил-12 в 1950 г. приходит Ил-14 с КОС, после доработки это уже был Ил-14П, который в 1952 г. становится безопасным, и легче в пилотировании и при коротком взлёте-посадке, скорость увеличена на 30 км/ч.

Итак, с 1983 по 1988 гг. С-22 разрабатывается для ВВС СССР в качестве проведения исследовательских работ, которые должны дать результаты для создания истребителей нового, уже пятого поколения. С 1988 г. прекращено финансирование и проект закрывается. К этому времени в Советском Союзе успешно создаются и производятся авианосцы. В 1988 г. на него получен заказ от ВМФ, не имевшего в своём арсенале скоростных истребителей для длительного выполнения задач. Новый проект был назван Су-27КМ. С поражением в «Холодной войне» от Запада, с приходом 1990-х финансирование работ прекращается. КБ «Сухого» продолжает работы в режиме экономии. Результатом становится появление С-37 в воздухе в 1997-м году. Общественность увидела его после доработки в 1999 г. под аббревиатурой Су-47 в салоне МАКС. В иностранной прессе 1994 – 1996 гг. говорилось о проведении разработок в России самолёта с КОС. Представители «Сухих» отрицали любые просочившиеся сведения, пока не вышел журнал «Вестник воздушного флота» в 1996 г., где был силуэт Су-27М с КОС.

Резюме

Прототип самолета С-37 был создан более двух десятков лет назад, в 1997 году он был впервые поднят в небо, а совсем недавно проект закрыли. Экспериментальная модель показала весь свой потенциал и позволила собрать огромную информационную базу. Кроме того, истребитель Су-47 «Беркут», который многие по ошибке отнесли к пятому поколению, стал летающей лабораторией для испытания новых технологий.

Участие машины в серьезных испытаниях плохо сказалось на возможности ее показов широким кругам. Самолет регулярно появлялся на авиасалонах, но ни разу не был представлен на статической стоянке. Широкой общественности так и не удалось ознакомиться с таким интересным, но бесперспективным аппаратом, как Су-47 «Беркут». «Почему закрыли проект?» – популярный вопрос, ответить на который крайне сложно. Споры на этот счет по сей день ведутся среди любителей и экспертов авиационной промышленности. Причем споры о перспективах авиационной техники с крыльями обратной стреловидности в целом, а не только о характеристиках модели Су-47 «Беркут». Почему закрыли проект истребителя уже вряд ли кто-то узнает.

Единого мнения касательно такого класса истребителей до сих пор нет. Тем не менее проект «Беркут» считается удачным. Несмотря на то что самолет не стал основной для создания машин нового поколения, он выполнил все свои задачи. Самолет-истребитель создавался как экспериментальная модель для отработки современных технологий. С этой задачей он справился блестяще.

Материалы

Планер самолёта изготовлен с широким использованием композиционных материалов (КМ). Например, крыло самолёта изготовлено из КМ на основе углепластика на предприятии «ОНПП «Технология»».

Применение перспективных композитов обеспечивает повышение весовой отдачи на 20-25 %, ресурса в 1,5-3,0 раза, коэффициента использования материалов до 0,85, снижение трудозатрат на изготовление деталей на 40=60 %, а также получение требуемых теплофизических и радиотехнических характеристик. В то же время опыты, проведенные в США в рамках программы F-22A, свидетельствуют о меньшей боевой живучести конструкций из углепластика по сравнению с конструкциями, выполненными из алюминиевых и титановых сплавов, которые выдерживают нагрузку при сваливании и высоком давлении.

Закрылки самолета. Основные виды.

Закрылки – первая из придуманных разновидностей механизации крыла, они же и наиболее эффективны. Они широко применялись еще до Второй Мировой войны, а на ее протяжении и после их конструкция была доработана и, также, были изобретены новые виды закрылок. Основными характеристиками, которые указывают на то, что это закрылок действительно является им – его расположение и манипуляции, которые с ним происходят. Закрылки всегда находятся на задней кромке крыла и всегда опускаются вниз, и, к тому же, могут выдвигаться назад. При опускании закрылка увеличивается кривизна крыла, при его выдвижении – площадь. А раз подъемная сила крыла прямо пропорциональна его площади и коэффициенту подъемной силы, то если обе величины увеличиваются, закрылок выполняет свою функцию наиболее эффективно. По  своему устройству и манипуляциям закрылки делятся на:

  • простые закрылки (самый первый и самый простой вид закрылок)
  • щитовые закрылки
  • щелевые закрылки
  • закрылки Фаулера (наиболее эффективный и наиболее широко применяемый в гражданской авиации вид закрылок)

Каким образом функционируют все вышеперечисленные закрылки показано на схеме. Простой закрылок, как видно из схемы, просто отклоняемая вниз задняя кромка крыла. Таким образом, кривизна крыла увеличивается, однако  область низкого давления над крылом уменьшается, потому простые закрылки менее эффективны, чем щитовые, верхняя кромка которых не отклоняется и область низкого давления не теряет в размерах.

Щелевой закрылок получил свое название по причине образуемой им щели после отклонения. Эта щель позволяет проходить воздушной струе к области низкого давления и направлена она таким образом, чтобы предотвращать срыв потока (процесс, во время которого величина подъемной силы резко падает), придавая ему дополнительную энергию.

Закрылок Фоулера выдвигается назад и вниз, чем увеличивает и площадь и кривизну крыла. Как правило, он сконструирован таким образом, чтобы при его выдвижении еще и создавалась щель, или две, или даже три. Соответственно он выполняет свою функцию наиболее эффективно и может давать прирост в подъемной силе до 100%.

Предкрылки. Основные функции. 

Предкрылки – отклоняемые поверхности на передней кромке крыла. По своему строению и функциям они схожи с закрылками Фаулера – отклоняются вперед и вниз, увеличивая кривизну и немного площадь, образуют щель, для прохода воздушного потока к верхней кромке крыла, чем способствуют увеличению подъемной силы. Предкрылки, просто отклоняемые вниз, которые не создают щели называются отклоняемыми носками и только увеличивают кривизну крыла.

Спойлеры и их задачи. 

Спойлеры. Перед рассмотрением спойлеров, следует заметить, что при создании дополнительной подъемной силы всеми вышеперечисленными устройствами создается дополнительное лобовое сопротивление, что ведет к понижению скорости. Но это происходит как следствие повышения подъемной силы, в то время как задача спойлеров – конкретно значительное повышение лобового сопротивления и прижимание самолета к земле после касания. Соответственно это единственное устройство механизации крыла, которое находится на верхней его поверхности и отклоняется вверх, чем и создается прижимная сила.

А зачем же нужно увеличивать подъемную силу? Вообще требуется не столько увеличение подъемной силы, сколько уменьшение скорости самолета, по крайней мере в гражданской авиации. А поскольку эти две величины непосредственно связаны, потому и происходит одно за счет другого.

Уменьшение скорости необходимо при взлете и посадке для обеспечения большей безопасности и уменьшения длины взлетной полосы. Кроме того, боевым самолетам довольно часто при выполнении того или иного маневра необходимо очень быстро увеличить либо уменьшить подъемную силу, для чего и служит механизация крыла.

Социальная структура и размножение

Фото: Беркут в полете

Беркуты по природе своей моногамны. Верность и преданность выбранной паре сохраняют на протяжении всей жизни. Выбор второй половины происходит в возрасте трех лет. Брачный сезон начинается в конце февраля и длится почти до конца апреля. Брачные игры птиц выглядят очень впечатляюще. Особям и мужского и женского пола свойственно демонстрировать свою красоту, силу и мощь. Это проявляется в эффектных полетах. Птицы набирают большую высоту. Потом резко пикируют вниз и расправляют огромные крылья перед самой поверхностью земли. Также им свойственно показывать свои охотничьи возможности. Они выпускают когти, симулируют преследование и захват добычи.

После того, как птицы выбрали себе пару, они начинают вить гнезда и откладывать яйца. Они очень тщательно подходят к выбору места для постройки гнезда. Обычно это укромное место в кроне деревьев на большой высоте. Высота одного гнезда достигает 1.5-2 метра, а ширина 2.5-3 метра. Оно строится из веток и сучьев, дно выстилается мягкой листвой и мхом. В каждом гнезде от одного до трех яиц. Они серовато-белого цвета с черными пятнышками. Высиживать яйца требуется на протяжении полутора месяцев. Иногда самец сменяет самку, но это бывает редко.

Птенцы вылупливаются из яиц поочередно. Старшие птенцы всегда крупнее и крепче, и будут отталкивать младших и более слабых от еды, которую добывает самец. При этом родители не пытаются восстановить справедливость. В результате более слабый птенец погибает от голода. Практически три месяца птенцы проводят в гнезде. После этого мать учит их летать. Общение с птенцами – это один из немногих поводов для подачи голоса птицами. Птенцы, которые освоили навыки полетов, остаются проживать в гнезде до следующей весны. Продолжительность жизни в естественных условиях составляет порядка 20 лет. В неволе эта цифра может увеличиться вдвое.

Конструкция

«Беркут» выполнен по аэродинамической схеме «продольный интегральный триплан» с крылом обратной стреловидности (КОС). Крыло плавно сопрягается с фюзеляжем, образуя единую несущую систему. К особенностям компоновки относятся развитые крыльевые наплывы, под которыми помещены нерегулируемые воздухозаборники двигателей, имеющие в сечении форму, близкую к сектору круга.

Крыло истребителя имеет развитую корневую часть (порядка 75°) и угол сменной стреловидности (порядка 10°) по передней кромке и плавно сопрягаемую с ней консольную часть с обратной стреловидностью (по передней кромке — порядка 20°). Крыло оснащено флаперонами, занимающими более половины размаха, а также элеронами. Цельноповоротное переднее горизонтальное оперение (ПГО) размахом около 3,5 м имеет трапециевидную форму. Угол его стреловидности по передней кромке – порядка 50°. Заднее горизонтальное оперение относительно небольшой площади также выполнено цельноповоротным, с углом стреловидности по передней кромке порядка 75°.

Санкционный эффект

МС-21-300/310 — гражданский лайнер вместимостью от 163 до 211 пассажиров. Одна из его ключевых особенностей заключается в крыле, изготовленном из полимерных материалов. Как пояснили эксперты, российским конструкторам удалось существенно облегчить этот важнейший элемент конструкции самолёта, сохранив при этом высокие стандарты прочности.

Ранее часть композитов для крыла закупалась за рубежом, но осенью 2018 года иностранные компании прекратили поставку необходимых компонентов. В этой ситуации в ОАК решили не сокращать долю новейших материалов, и российской промышленности было поручено разработать не уступающие по качеству аналоги.

Также по теме


Удар «Ориона»: какими новыми возможностями обладает российский БПЛА

На испытаниях в Крыму находящийся на вооружении ВС РФ разведывательно-ударный беспилотник «Орион» впервые поразил воздушную цель,…

Введённые санкции и старт импортозамещения привели к переносу сроков развёртывания серийного производства МС-21. Планируется, что массовый выпуск самолёта нового поколения начнётся в 2022 году. Об этом в конце февраля в интервью RT на полях международной оборонной выставки IDEX-2021 в Абу-Даби заявил Сергей Чемезов.

В проекте по замене импортных материалов приняли участие институты Академии наук РАН, МГУ, Российский химико-технологический университет (РХТУ) им. Менделеева, организации «Росатома», Всероссийский научно-исследовательский институт (ВИАМ), АО «АэроКомпозит-Ульяновск».

Как отмечают эксперты, создание новейших полимеров стало большим вызовом для российской науки и промышленности. Тем не менее определённый задел в этой области уже был, что и позволило решить поставленные задачи.

Так, до введения санкций ВИАМ не изготавливал композиты непосредственно для конструкций МС-21. Предприятие участвовало в проекте отечественного двигателя ПД-14 для данного самолёта. Благодаря использованию так называемых аддитивных технологий институт смог добиться серьёзных успехов в изготовлении комплектующих из композитных материалов.

  • Лайнер нового поколения МС-21

«Впервые в отечественной инженерной и технологической практике сконструирована и изготовлена мотогондола ПД-14 из отечественных полимерных композиционных материалов, которые обеспечили снижение массы конструкции при сохранении требуемых упруго-прочностных свойств», — сообщается на сайте ВИАМ.

Методом аддитивных технологий из отечественной металлопорошковой композиции коллектив института изготовил завихритель фронтового устройства камеры сгорания. Эта деталь выполняет функцию регулятора воздушного потока. В общей сложности с учётом сплавов для ПД-14 ВИАМ разработал 20 новых материалов.

Также по теме


Ручная работа: как развивается производство российского авиадвигателя ПД-14

В 2024 году Объединённая двигателестроительная корпорация планирует увеличить темпы производства авиационного силового агрегата нового…

Для крыла МС-21 специалисты института создали аналог волокон, которые поставлялись из Соединённых Штатов. До этого Россия не имела технологий производства материалов с необходимыми характеристиками.

Как пояснил заслуженный военный лётчик, заместитель главного редактора журнала «Авиапанорама» Владимир Попов, при проектировании МС-21 изначально предполагалось использование зарубежных комплектующих и материалов, хоть и не настолько широкое, как в SSJ-100.

«При проектировании МС-21 объективно не всего хватало, были проблемы и с производством нужных композитов. Санкции США стали неприятным событием. Тем не менее к 2019 году наша промышленность подтянулась и в целом была готова заместить американские технологии и материалы. Потребовалось два года, но я считаю, что рано или поздно мы бы всё равно столкнулись с санкциями и провели бы эту работу», — подчеркнул Попов в интервью RT.

С-37

Из-за экономических проблем ВМФ так и не получил палубный истребитель. Однако исследования касательно перспектив внедрения крыльев обратной стреловидности продолжились. Очередной проект, получивший название С-37, должен был объединить в себе все достигнутые технические решения, и учесть финансовые проблемы авиационной промышленности. Из-за сокращения финансирования и возвращения проекту статуса «инновационный» было решено построить всего один прототип. Чтобы сэкономить на строительстве опытных образцов, построенный прототип испытывали статически, с внедрением всех современных методик оценки прочности без использования разрушающей нагрузки. По результатам испытаний планер допустили к дооборудованию в полноценный самолет.

Модель С-37 пользовалась вниманием как со стороны специалистов, так и со стороны простых наблюдателей. Первых привлекали технологии, а вторых – необычная форма крыльев. Прообраз самолета Су-47 «Беркут» представлял собой интегральный продольный триплан с крылом обратной стреловидности

Хвостовое горизонтальное и переднее оперение были цельнометаллическими и имели сравнительно малую площадь. Аэродинамические показатели модели позволяли ей выходить на угол атаки до 120 градусов и выполнять так называемое динамическое торможение. Однако ввиду ограниченных режимов полета, эта возможность практически не использовалась в ходе испытаний

Прообраз самолета Су-47 «Беркут» представлял собой интегральный продольный триплан с крылом обратной стреловидности. Хвостовое горизонтальное и переднее оперение были цельнометаллическими и имели сравнительно малую площадь. Аэродинамические показатели модели позволяли ей выходить на угол атаки до 120 градусов и выполнять так называемое динамическое торможение. Однако ввиду ограниченных режимов полета, эта возможность практически не использовалась в ходе испытаний.

Одной из ключевых заслуг ОКБ Сухого и Иркутского авиазавода можно считать разработку технологии производства длинномерных композитных деталей. Начиналось оно с производства крупных плоских деталей, которым придавали необходимую форму. Готовые элементы с высочайшей точностью стыковались друг с другом. Поверхность самолета включала в себя большое количество таких деталей, самые крупные из них достигали 8 метров длины. Благодаря этой технологии, конструкторы смогли минимизировать количество стыков и всяческих выступающих элементов, в том числе крепежей. Кроме того, использование композитных материалов хорошо сказалось на жесткости каркаса и аэродинамике самолета.

Мусса пустого самолета Су-47 «Беркут», который сначала назывался С-37, составляла немногим менее 20 тонн. Примерно 13% деталей было сделано из композитных материалов. Так как конструкция имела экспериментальный характер, в ней использовалось много элементов, позаимствованных у предшествующих моделей. К примеру, шасси и некоторые бортовые системы самолет получил от модели Су-27.

Сужение

Задачи, для решения которых применяют сужение крыла, существенно различаются для самолетов разного назначения. У самолетов с высоким аэродинамическим качеством крыло, как правило, большого удлинения > 8. Для равномерного распределения погонной подъемной силы вдоль размаха консоль должна быть эллиптической в плане. Однако, эллипс нетехнологичен. Применяя трапециевидное крыло с сужением, достигают близкого к эллиптическому крылу распределения подъемной силы вдоль размаха крыла.

Для парителей сужение крыла влияет и на характер обтекания разных участков крыла. На маленьких скоростях, где весьма критично полетное число Рейнольдса, необходимо помнить, что при сужении 2 число Re корневого и концевого профилей крыла тоже отличается вдвое.

На крыльях большого удлинения, сужение крыла облегчает построение лонжерона свободно несущего крыла. Из-за сужения, при профиле по размаху равной относительной толщины, в корневой части строительная высота лонжерона получается существенно больше, что способствует оптимизации его конструкции по весу

Все отмеченное важно для неманевренных самолетов (планеры, бомбардировщики, грузо-пассажирские)

Для маневренных самолетов, класса пилотажки или истребителя, сужение крыла преследует совсем другие цели. У этих самолетов удлинение крыла, как правило, около 5?6 и меньше. В условиях ближнего воздушного боя очень важна высокая угловая скорость по крену и высокое угловое ускорение по крену. Сначала разберем, почему они важны.

В ближнем бою побеждает самолет, способный двигаться по криволинейным траекториям меньшего радиуса кривизны. Т.е. при равной скорости – с большими перегрузками. Но перегрузки большого значения возможны только в плоскости симметрии крыла. Поэтому для преследования задача упрощается и догоняющий пилот может упреждать движение цели, поскольку все многообразие движений сводится к одной плоскости. Скомпенсировать этот факт возможно только быстрым поворотом самолета по крену (а вместе с ним и упомянутой плоскости). Если у догоняющего самолета скорость и ускорение по крену меньше, он не способен долго продержаться в хвосте для прицельной стрельбы. Соответственно, наоборот, при большей угловой скорости по крену, есть все предпосылки догнать цель и сблизиться для прицельной стрельбы.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий