Одной из главных новинок предстоящего авиасалона МАКС-2005 обещает стать
опытный сверхманевренный многофункциональный истребитель МиГ-2ЭОВТ, уникальный
комплекс пилотажа на котором в ходе программы показательных полетов выставки
будет демонстрировать старший летчик-испытатель РСК «МиГ» Герой России Павел
Власов. Самолет создан на базе предсерийного истребителя МиГ-29М №156 и является
по сути летающей лабораторией для отработки двигателей РД-33 с всеракурсным
отклонением вектора тяги (ОВТ) - так называемой системой КЛИВТ («Климовский
вектор тяги»), разработанной санкт-петербургским «Заводом им. В.Я. Климова», - и
исследования влияния ОВТ на пилотажные и тактические возможности истребителя.
Эта машина, приступившая к первым полетам с ОВТ в августе 2003 г., уже
демонстрировалась на предыдущем МАКСе - правда тогда только на статической
стоянке. За прошедшие два года создателям и испытателям самолета и его
двигателей удалось накопить необходимый опыт полетов с ОВТ, и теперь МиГ-29ОВТ
предстанет перед зрителями во всей своей красе - в небе над Жуковским. Те, кто
уже видел полеты этой машины, утверждают, что МиГ-29ОВТ по своим маневренным
возможностям не уступает, а в чем-то даже превосходит традиционную «звезду»
показательного пилотажа - сверхманевренный Су-30МКИ. Однако дело даже не в
демонстрации уникальных фигур маневрирования: по мнению главного конструктора
РСК «МиГ», директора программ МиГ-29К/КУБ, МиГ-29М/М2 и МиГ-2ЭОВТ Николая
Бунтина, всеракурсное отклонение вектора тяги на новом «миге» дает ему
принципиально новые возможности не только на режимах сверхманевренности, но и
при традиционном пилотировании. Уже известно, что двигателями с подобной
системой ОВТ будут оснащаться будущие серийные истребители МиГ-29М и МиГ-29М2.
Первые опыты по практической реализации идеи управления вектором тяги
двигателей реактивных самолетов имеют уже почти полувековую историю, когда в
1957 г. конструкторы британской фирмы «Хоукер Сиддли» (Hawker Siddley, ныне
входит в состав концерна British Aerospace) приступили к проектированию первого
своего вертикально взлетающего самолета с ТРД - опытного Р. 1127 «Кестрел»,
прототипа будущего всемирно известного «Харриера». Оговоримся сразу: термины
«управление вектором тяги» (УВТ) и «отклонение вектора тяги» (ОВТ) в целом
идентичны, и употребление того или другого является, скорее, делом вкуса.
Английский эквивалент - thrust vector control (TVC), чаще других используемый в
англоязычной литературе, - ближе к первому. На РСК «МиГ» и «Заводе им. В.Я.
Климова» предпочитают второй, что, однако, не меняет сути (хотя, возможно,
подчеркивает отличие их системы от применяемых на самолетах «Сухого» двигателей
с УВТ). Но вернемся к «Кестрелу».
На этом самолете для обеспечения вертикального взлета, переходных режимов,
крейсерского полета, а затем вертикальной посадки единственный имевшийся на борту двигатель «Пегас» (Pegasus) снабдили двумя парами
расположенных один за другим, по ту и другую стороны от центра тяжести машины,
поворотными сопловыми насадками, которые, поворачиваясь, изменяли направление
реактивной струи ТРДД от вертикальной вниз до горизонтальной. «Кестрел» впервые
поднялся в воздух в 1960 г., а спустя шесть лет по отработанной на нем схеме был
создан «Хар-риер», запущенный позднее в серийное производство и поступавший на
вооружение ВВС и ВМС Великобритании, корпуса морской пехоты США (лицензионный
вариант AV-8), палубной авиации Испании и Индии. До сих пор такие самолеты, претерпевшие немало
модификаций, несут свою службу в армиях и на флотах этих и некоторых других
стран, являясь сейчас, по сути, единственным в мире эксплуатируемым типом
реактивного самолета вертикального взлета и посадки (СВВП).
Близкая к реализованной на «Кестреле» и «Харриере» схема обеспечения
вертикального взлета и посадки нашла применение и на первом советском реактивном
СВВП Як-36, поступившем на испытания в 1963 г. На нем в носовой части фюзеляжа
устанавливалось два турбореактивных двигателя Р27-300, каждый из которых имел по
одному поворотному соплу в районе центра тяжести самолета. Як-36 остался чисто
экспериментальной машиной, однако на основе опыта его постройки и испытаний в
ОКБ им. А.С. Яковлева к 1970 г. был создан и передан на испытания корабельный
СВВП Як-36М, позднее поступивший в серийное производство и принятый на вооружение ВМФ Советского
Союза под обозначением Як-38. Основной подъемно-маршевый двигатель Р27В-300
этого самолета имел два сопловых насадка по бокам хвостовой части фюзеляжа,
поворот которых изменял вектор тяги от вертикального к горизонтальному и
обратно. Вертикально взлетающие штурмовики Як-38 несли службу на тяжелых
авианесущих крейсерах типа «Киев» до начала 90-х гг. Развитием концепции первого
советского серийного СВВП стал поступивший в 1987 г. на испытания сверхзвуковой
истребитель Як-41М. Как и Як-38, он имел комбинированную силовую установку из
двух подъемных и одного подъемно-маршевого двигателя. Однако последний - ТРДДФ
Р79В-300 - имел одно осесимметричное сопло, расположенное по оси самолета между
хвостовыми балками фюзеляжа и способное, благодаря оригинальной трехсегментной схеме, изменять вектор тяги в диапазоне 95° - от горизонтального до
вертикального вниз и даже чуть вперед . В силу ряда причин Як-41М остался в виде
всего трех опытных самолетов, и в серийное производство не передавался. Тем не
менее широко известно, что отработанная на нем схема управления вектором тяги
подъемно-маршевого двигателя была позднее востребована в США и вскоре найдет
применение на серийной модификации перспективного истребителя вертикального
взлета и укороченной посадки F-35B для Корпуса морской пехоты этой страны, а
также ВМС и ВВС Великобритании.
Завершая краткий экскурс в историю управления вектором тяги на реактивных
СВВП, необходимо отметить, что идея поворота сопел на них диктовалась
единственной целью - обеспечить отклонение реактивной струи двигателя для
создания вертикальной тяги на взлете и посадке. Правда, опыт боевого применения «Харриеров» показал, что управляя вектором тяги в полете (а не
только на взлете, посадке и при выполнении зависания), можно получить
определенные тактические преимущества перед самолетами противника в воздушном
бою. Можно считать, что этот вывод в определенной мере и послужил в середине
80-х гг. толчком к развитию идеи управления вектором тяги на маневренных
истребителях четвертого и пятого поколений, для которых вовсе не ставилась
задача взлетать или садиться вертикально, но введение новых схем управления
самолетом могло сулить важные преимущества в процессе ведения ближнего
воздушного боя.
К экспериментальным работам в области расширения маневренных характеристик
истребителей за счет внедрения управления вектором тяги в США приступили во
второй половине 80-х гг. За относительно короткий период времени здесь было
разработано несколько различных схем и конструкций УВТ и построены четыре
летающие лаборатории на базе истребителей F-15, F-16 и F-18. Кроме того,
совместно с германскими специалистами был спроектирован и изготовлен в двух
экземплярах экспериментальный сверхманевренный самолет Х-31, а в рамках работ по
истребителю пятого поколения (программа ATF) построены два опытных самолета
YF-22. На всех этих машинах, наряду с отработкой других новых технических
решений, исследовались те или иные способы управления вектором тяги и различные
конфигурации и конструкции поворотных сопел двигателей.
Первым среди летающих лабораторий для исследования влияния УВТ на маневренные
характеристики истребителя в США стал самолет-демонстратор F-15S/MTD (STOL/Maneuvering Technology Demonstrator - демонстратор технологий короткого взлета и посадки
и маневренности), построенный на базе первого предсерийного двухместного
учебно-боевого истребителя F-15B (серийный №71-0290). На нем было дополнительно
установлено переднее горизонтальное оперение, а штатные двигатели F100-PW-100
оснастили экспериментальными плоскими соплами с отклонением вектора тяги в
вертикальной плоскости и возможностью реверсирования тяги. Первый полет
F-15S/MTD состоялся 7 сентября 1988 г., а 10 мая 1989 г. на нем было
осуществлено первое изменение вектора тяги в полете. 2 марта 1990 г. на F-15S/MTD впервые опробовали использование
реверса тяги при боевом маневрировании. Испытания F-15S/MTD завершились в 1991 г., результаты влияния УВТ двигателей с плоским
соплами на маневренные характеристики истребителя в вертикальной плоскости были
признаны положительными.
К этому времени подобная идея управления вектором тяги двигателей с плоскими
соплами для повышения маневренности самолета по тангажу нашла отражение и в
конструкции двух опытных экземпляров перспективного истребителя пятого поколения
YF-22 фирмы «Локхид Мартин» (Lockheed Martin), поступивших на испытания в 1990
г. Первый из них оснащался опытными двигателями General Electric YF120, а второй
- Pratt & Whittney YF119, оба - с плоскими соплами с отклонением вектора тяги в
вертикальной плоскости на угол до 20° вверх и вниз. Первое ОВТ на YF-22 № 1 с двигателями
YF120 было выполнено 15 ноября 1990 г. Основной цикл испытаний двух самолетов
YF-22 (и представленных на конкурс с ними двух YF-23 фирмы «Нортроп Грумман»
(Northrop Grumman) с такими же двигателями) был завершен к концу 1990 г. Для
будущего серийного производства ВВС США выбрали самолет фирмы «Локхид» и
двигатель «Пратт-Уитни». Первый предсерийный F-22A с двигателями F119-PW-100
поступил на испытания в 1997 г. На нем и на всех последующих самолетах этого
типа (а к настоящему времени их построено уже более трех десятков) используются
плоские сопла с УВТ в вертикальной плоскости, что значительно повышает
маневренные возможности истребителя на малых скоростях и больших углах атаки.
Следующей американской летающей лабораторией для исследования поведения истребителя на больших углах атаки, на которой отрабатывалось УВТ, стал
самолет F-18 HARV (High Alpha Research Vehicle - аппарат для исследования
больших углов атаки), построенный в 1987 г. на базе шестого предсерийного
истребителя F-18 с двигателями F404-GE-400. Вначале он был укомплектован только
экспериментальной системой дистанционного управления и до 1989 г. выполнил 101
полет по первому этапу испытаний, в ходе которых достигал углов атаки до 55°.
Затем машину дооборудовали тремя специальными створками (дефлекторными панелями)
из содержащего хром и сталь высокотемпературного никелевого сплава, расположенными за соплами двигателей,
которые позволяли производить отклонение вектора тяги как в вертикальной, так и
в горизонтальной плоскости. Испытания F-18 HARV, оснащенного системой ОВТ,
которые начались 12 июля 1991 г., продемонстрировали существенное повышение
маневренности на средних углах атаки и возможность управления и устойчивого
полета истребителя на больших углах вплоть до 70°, в т.ч. эффективного
управления по крену на углах атаки до 65° (ранее оно было возможно только на
углах до 35°). В дальнейшем самолет дополнительно оснастили специальными
подвижными управляющими поверхностями в носовой части фюзеляжа для управления в боковом канале. С ними
в июле 1995 - сентябре 1996 гг. он прошел заключительный третий этап испытаний,
на которых оценивалось влияние УВТ и дополнительных поверхностей на
управляемость самолета по тангажу, крену и рысканью на больших углах атаки.
Всего на F-18 HARV выполнили 385 полетов, последний из них состоялся 6 сентября
1996 г. Подобная система УВТ с тремя отклоняемыми створками позади сопла
двигателя F404-GE-400 (на этот раз только из графитоэпоксидных композиционных
материалов) нашла применение и на экспериментальном сверхманевренном самолете Х-31. Он был
разработан совместными усилиями специалистов американской фирмы «Рокуэлл»
(Rockwell International) и германской «Дойче Аэроспейс» (Deutsche Aerospace) в
интересах создания перспективных истребителей следующего поколения для
исследования возможностей пилотирования на сверхбольших углах атаки при ведении
ближнего воздушного боя. Первый экземпляр Х-31 впервые поднялся в воздух 11
октября 1990 г., второй - 19 января 1991 г. Постепенно расширяя диапазон
полетных углов атаки, 6 ноября 1992 г. на втором Х-31 был впервые выполнен
управляемый полет с углом атаки 70° и осуществлено первое управляемое вращение по крену на этом угле. 29 апреля
1993 г. на нем впервые выполнили уникальный закритический маневр - разворот с
минимальным радиусом (всего 130 м!), получивший название «маневр Хербста»
(Herbst Maneuver). На завершающей стадии испытаний Х-31 привлекался к учебным
воздушным боям с истребителями F/A-18 и некоторыми другими американскими
тактическими самолетами, что позволило оценить влияние сверхманевренности на
исход воздушных поединков. Результаты превзошли все ожидания. В значительной
степени они определялись наличием на Х-31 всеракурсного УВТ, позволявшего эффективно управлять
самолетом по тангажу, крену и курсу на углах атаки до 70°. Всего на двух
самолетах Х-31 (второй из них был потерян в аварии 19 января 1995 г.) выполнили
580 полетов, в т.ч. 21 в Европе - в рамках подготовки и участия в авиасалоне в
Ле-Бурже в 1995 г. Пилотирование сверхманевренного Х-31 освоили 14 американских
и немецких летчиков. Программа испытаний самолета завершилась 13 мая 1995 г.
Следующее направление исследований управления вектором тяги было связано в
США с применением поворотных осесимметричных сопел. Были разработаны две
принципиальные схемы таких сопел: с отклонением всего выходного устройства (проекты MPJM/BBN для
двигателя F100-PW-100 фирмы «Пратт-Уитни» и GEATRV фирмы «Дженерал Электрик») и
с поворотом только сверхзвуковой (расширяющейся) части сопла (программы P/YBBN
фирмы «Пратт-Уитни» и AVEN фирмы «Дженерал Электрик»). До летных экспериментов с
первыми двумя дело не дошло, а всеракурсные управляемые сопла P/YBBN и AVEN
прошли отработку на летающих лабораториях, созданных на базе истребителей
F-15HF-16.
Сопло AVEN (Axisymmetric Vectoring Exhaust Nozzle - осесимметричное реактивное сопло с У ВТ) было в 1993 г. установлено на двигатель Fl 10-GE-100
экспериментального самолета NF-16D. Последний построили в 1988 г. на базе
серийного истребителя F-16D Block 30 №86-0048 по программе VISTA (Variable
stability In-flight Simulator Test Aircraft - опытный самолет для летной оценки
изменяемой устойчивости). Программа испытаний УВТ на нем получила название MATV
(Multi Axis Thrust Vectoring - всеракурсное УВТ), а сам самолет - F-16 MATV.
Поворот створок сверхзвуковой части сопла AVEN обеспечивал отклонение вектора
тяги двигателя на угол до 17° в любом направлении. Первое ОВТ на самолете F-16
MATV в полете было выполнено 30 июля 1993 г.
К моменту завершения программы MATV в марте 1994 г. на нем было выполнено 95
полетов. F-16 MATV использовался для оценки влияния всера-курсного УВТ на
маневренные и тактические возможности истребителя в ближнем воздушном бою «один
на один» и «один против двух». Кроме того, он демонстрировал возможность
внедрения двигателей с УВТ на строевые самолеты ВВС США.
Всеракурсными управляемыми соплами P/YBBN (Pitch/Yaw Balance Beam Nozzles -
«балансирные» сопла с отклонением по тангажу и курсу) фирмы «Пратт-Уитни» в 1995
г. оснастили два двигателя F100-PW-229, установленные на опытный самолет F-15B №71-0290,
использовавшийся ранее по программе F-15S/MTD (см. выше). Новая летающая
лаборатория получила название F-15 ACTIVE (Advanced Control Technology for
Integrated Vehicles - перспективные технологии управления авиационными
комплексами). Отклонение створок сверхзвуковой части сопел P/YBBN обеспечивало
поворот вектора тяги двигателей на угол до 20° в любом направлении со скоростью
перекладки до 120°/с. Конструкция самолета была усилена для восприятия
появившейся боковой составляющей тяги величиной примерно до 1800 кгс (расчетная
вертикальная составляющая тяги - до 2800 кгс). Первый полет на F-15 ACTIVE с УВТ состоялся 27 марта 1996 г., а
уже 24 апреля того же года было осуществлено первое отклонение вектора тяги для
управления в боковом канале на сверхзвуковой скорости (М=1,6). В ходе испытаний
диапазон полетных условий, при которых осуществлялось отклонение вектора тяги
для управления по тангажу и по курсу, был расширен до скоростей, вдвое
превосходящих скорость звука. В 1998 г. была проведена дальнейшая доработка
самолета, в результате внесли изменения в систему управления вектором тяги
(программа ILTV - Inner Loop Thrust Vectoring). В 1997 г. планировалось также испытать двигатель F100-PW-229 с
соплом P/YBBN на экспериментальном самолете F-16 MATV, однако из-за отказа в
финансировании эта программа реализована не была.
Опыт, полученный в США при испытаниях летающих лабораторий с
экспериментальными системами УВТ, нашел применение на перспективных истребителях
пятого поколения. Как уже отмечалось, плоские сопла с УВТ в вертикальной
плоскости применяются на серийных истребителях F/A-22 «Рэптор», первые из
которых должны поступить в строевую эксплуатацию в ВВС США к концу этого года.
Однако при имеющейся простоте механизма ОВТ и преимуществах в обеспечении малой заметности такие сопла имеют ряд существенных
недостатков. Основные из них связаны с потерями тяги при трансформации потока
газов из осесимметричного за турбиной в плоский в сопле, а также со значительно
большей массой конструкции плоского сопла, по сравнению с традиционным круглым.
К тому же в плоском сопле гораздо сложнее реализовать УВТ в горизонтальной
плоскости (сопло при этом получается еще более громоздким и тяжелым).
В связи с этим на другом американском перспективном истребителе F-35 (JSF)
сопло будет не плоским, а осесимметричным. Как уже отмечалось в предыдущем
разделе, на модификации F-35B для Корпуса морской пехоты США, ВМС и ВВС
Великобритании, отличающейся от других вариантов самолета возможностью
укороченного взлета и вертикальной посадки, будет применяться осесимметричное
трехсегментное сопло с отклонением тяги вниз на угол около 90°, аналогичное по
схеме использовавшемуся на российском СВВП Як-41М. А на вариантах F-35A для ВВС
США и других стран, а также F-35C для ВМС США двигатель F135 (развитие
F119-PW-100) будет комплектоваться осесимметричным соплом с всеракурсным УВТ.
Подробности о его конструкции пока неизвестны, но, скорее всего, его схема
подобна той, что была отработана на летающей лаборатории F-15 ACTIVE, оснащенной
двигателями F100-PW-229 с соплами P/YBBN, т.е. предусматривает отклонение тяги
во всех направлениях путем поворота створок сверхзвуковой части сопла.
Поступление первых самолетов F-35 на вооружение запланировано на 2010-2012 гг. С
учетом интернационального характера программы F-35 и того, что он в перспективе
обещает стать единым истребителем стран НАТО и некоторых других государств
(каким сейчас является F-16), можно предположить, что спустя 15-20 лет
управление вектором тяги станет массовым явлением в истребительной авиации
многих стран мира.
Эксперименты с управлением вектором тяги двигателей для современных
истребителей проводятся за рубежом не только в США. К подобным работам в 1995 г.
приступили и в Европе, где испанская фирма ITP при поддержке германской MTU
начала проектирование всеракурсного поворотного сопла TVN для выпускаемого консорциумом «Евроджет» (Eurojet), в который входят эти
компании, двухконтурного турбореактивного двигателя с форсажной камерой EJ200 -
основы силовой установки современного западноевропейского истребителя
Eurofighter EF2000 «Тайфун» (Typhoon). Как и в американских проектах P/YBBN и
AVEN, в испанском сопле реализовано всеракурсное отклонение вектора тяги (на
угол до 20" в любую сторону) посредством управления створками его сверхзвуковой
части.
Стендовые испытания опытного двигателя EJ200-01A с экспериментальным соплом
TVN начались в июле 1998 г. К февралю 2000 г. он наработал на стенде 80 ч, в
т.ч. 15 ч - на форсаже, претерпев 6700 перекладок створок сопла со скоростью от
23,5 до 110°/с На испытаниях была зафиксирована максимальная боковая
составляющая тяги около 2000 кгс (что составляет почти одну треть от общей тяги
EJ200 на максимальном режиме и более 20% от его тяги на полном форсаже). Летом
2000 г.
были проведены испытания EJ200-01A с соплом TVN на высотном стенде в
Штутгарте (Германия), а в ноябре того же года компания 1ТР объявила о
предварительной договоренности с Германией и США провести летные испытания
нового двигателя с УВТ на экспериментальном самолете Х-31 (см. выше). Первый его
полет с EJ200-01A и соплом TVN мог состояться в конце 2002 - начале 2003 г.
Кроме того, консорциумы «Еврофайтер» и «Евроджет» выразили совместное желание
оснастить таким соплом один из двигателей первого опытного экземпляра «Тайфуна»
- самолета DA1 - с возможным выходом его на испытания «после 2003 г.», а в
дальнейшем, примерно с 2010 г., комплектовать двигателями с УВТ серийные EJ2000
так называемого третьего этапа поставки (Tranche-З). Полноразмерный макет EJ200
с действующим образцом сопла TVN с успехом демонстрировался на выставке в
Фарнборо, однако с 2001 г. информация о дальнейших успехах и планах в отношении
модификации EJ200 с УВТ поступать перестала. Возможно, программа была приостановлена.
В Советском Союзе практические работы по управлению вектором тяги двигателей
для перспективных истребителей и расширения маневренных возможностей самолетов
четвертого поколения начались во второй половине 80-х гг., т.е. практически
одновременно с США. В рамках создания в НПО «Сатурн» им. A.M. Люльки ТРДДФ
пятого поколения АЛ-41Ф в классе тяги 18-20 тс для Многофункционального
истребителя ОКБ им. А.И. Микояна (МФИ, проект «1.42») было разработано плоское
сопло, предусматривавшее возможность отклонения вектора тяги. Аналогичные
двигатели рассматривались и для проекта перспективного истребителя «ОКБ Сухого»
с крылом обратной стреловидности С-32 (позднее получил обозначение С-37, а ныне
известен как Су-47 «Беркут»). Однако в дальнейшем от идеи применения плоского
сопла в конструкции АЛ-41Ф отказались, перейдя к традиционному осесимметричному
выходному устройству. Недостатки плоского сопла, послужившие причиной отказа от
него и в конструкции российского ТРДДФ пятого поколения, уже излагались выше.
Главные из них - потери тяги и значительное утяжеление конструкции двигателя и
самолета в целом.
Стоит правда заметить, что относительно недавно, на выставке
«Двигате-ли-2002», AM НТК «Союз» представил полноразмерный макет своего нового
двигателя Р179-300, проектируемого на базе подъемно-маршевого ТРДДФ четвертого
поколения Р79В-300 с поворотным соплом, который использовался на СВВП Як-41М
(см. выше). Нынешний двигатель демонстрировался в комплекте с плоским соплом,
что предполагает возможность использования в нем УВТ. И хотя двигатели серии
Р179-300 некоторое время рассматривались в качестве силовых установок
перспективных боевых самолетов (в частности, одного из вариантов упомянутого
выше С-37, опытный образец которого испытывается с 1997 г. с двумя ТРДДФ
Д-30Ф-11), дальше проекта, макета и испытаний отдельных узлов нового двигателя у
«Союза» дело, видимо, пока не пошло.
В возможностях плоского сопла в Советском Союзе успели убедиться и
экспериментально. В конце 80-х гг. НПО «Сатурн» им. A.M. Люльки в содружестве с
уфимским НПО «Мотор» (главный конструктор А.А. Рыжов), ЦИАМ, ЛИИ, «ОКБ Сухого» и
КнААПО был проведен цикл исследований по плоскому соплу с управлением вектором
тяги в вертикальной плоскости, а также реверсированием тяги для эффективного
торможения самолета при посадке и боевом маневрировании. Применение такого сопла
также должно было способствовать значительному снижению уровня инфракрасной
заметности летательного аппарата - параметра, которому придавалось большое
значение при разработке перспективных боевых самолетов пятого поколения.
Экспериментальное плоское сопло было изготовлено в НПО «Мотор» и установлено
на левый двигатель АЛ-31Ф летающей лаборатории ЛЛ-УВ(ПС), созданной в 1990 г. на
базе самолета Су-27УБ №02-02 производства КнААПО. С аэродрома ЛИИ на ЛЛ-УВ(ПС)
было выполнено 20 полетов, в ходе которых были получены данные по значительному
(в несколько раз) снижению уровня ИК-заметности двигателя с плоским соплом. К
сожалению, недостаточное финансирование не позволило провести на этом самолете
полный цикл летных испытаний по отработке УВТ и реверса.
Но к этому времени в СССР уже были получены первые практические результаты по
управлению вектором тяги посредством отклонения в вертикальной плоскости
обычного осесимметричного сопла двигателя АЛ-31Ф, применяемого на всех истребителях семейства Су-27. С
учетом проблем, с которыми пришлось столкнуться при разработке плоского сопла,
именно такое направление было признано более целесообразным. Еще в 1986 г.
коллектив НПО «Сатурн» им. A.M. Люльки, возглавляемый генеральным конструктором
В.М. Чепкиным, начал проектирование первого варианта одношарнирного
осесимметричного поворотного сопла для двигателя АЛ-31Ф, обеспечивающего
отклонение вектора тяги в вертикальной плоскости в диапазоне углов ±15°. Такое
сопло было установлено на двигатель АЛ-31Ф. Поворотным выполнялось все сопло
двигателя (как на американских проектах F100MPJM/BBN и GEATRV).
Серийный двигатель АЛ-31Ф с первым экспериментальным вариантом поворотного
сопла с питанием приводной части системы его управления от гидравлической
системы самолета был установлен в 1989 г. на самолет Т10-26 (Су-27 №07-02). В
первый полет его поднял 21 марта 1989 г. летчик-испытатель Олег Цой. В
испытаниях этой летающей лаборатории, называвшейся ЛЛ-УВ(КС), принимал участие
также Виктор Пугачев. По результатам исследований АЛ-31Ф с экспериментальным
поворотным соплом на Т10-26 было принято решение разработать серийный вариант
двигателя с управляемым вектором тяги со следящими приводами, включенными в
контур системы дистанционного управления самолетом.
Два подобных двигателя было рекомендовано использовать на опытной модификации
самолета Су-27М, на которой предстояло отработать влияние УВТ на маневренные
характеристики истребителя, в т.ч. на закритических (вплоть до 90°) углах атаки
и скоростях полета, близких к нулевым.
Такой модификацией стал опытный самолет Т10М-11 (№711), известный в 1996-2000
гг. под названием Су-37. В 1995 г. его оснастили опытными двигателями АЛ-31Ф с
поворотными в вертикальной плоскости соплами, боковой ручкой управления и
тензометрическими РУД, а также модифицированной системой дистанционного
управления СДУ-10МБР разработки МНПК «Авионика», обеспечивающей управление
самолетом от боковой ручки, в т.ч. и за счет управления вектором тяги
двигателей. В отличие от экспериментального варианта двигателя с поворотным
соплом, испытывавшегося в 1989 г. на Т10-26, система управления вектором тяги на
Су-37 была включена в контур СДУ самолета, что позволяло обеспечить
управляемость самолета на сверхбольших углах атаки и скоростях полета, близких к
нулевым.
Первый вылет на самолете Т10М-11 с УВТ и новой системой управления выполнил 2
апреля 1996 г. летчик-испытатель «ОКБ Сухого» Евгений Фролов, осуществивший
затем весь цикл испытаний этой машины. В ходе первых же полетов Фролов приступил
к отработке на Су-37 новых фигур пилотажа: переворотам в вертикальной плоскости
без изменения траектории поступательного полета («чакра Фролова»), форсированным
разворотам с минимальными радиусами, «управляемому штопору» и др. Помимо чисто
демонстрационного эффекта, реализация режимов сверхманевренности, по мнению
специалистов, обеспечивала истребителю Су-37 безусловное превосходство в ближнем
бою над противником, не обладающим такими возможностями.
Конструктивно управление вектором тяги каждого двигателя самолета Су-37 было
реализовано в виде поворотного осесимметричного сопла, закрепленного на
кольцевом поворотном устройстве и отклоняемого в вертикальной плоскости двумя
парами гидроцилиндров в диапазоне углов ±15°. В качестве рабочего тела системы
поворота сопел на Су-37 применялась гидросмесь от бортовой гидравлической
системы самолета.
Самолет Су-37, пилотируемый летчиком-испытателем Евгением Фроловым, в сентябре 1996 г. был впервые продемонстрирован мировой публике на выставке
в Фарнборо (Великобритания). В последующие несколько лет Су-37 неоднократно
принимал участие в различных авиасалонах и аэрошоу как в России, так и за
рубежом. И везде показательные выступления Героя России Е.И. Фролова на Су-37
вызывали восхищение зрителей, отдававших должное уникальным возможностям
самолета и мастерству летчика. Программа испытаний самолета Т10М-11 с
двигателями АЛ-31Ф с УВТ завершилась в 2000 г.
Развитием двигателя АЛ-31Ф с поворотным осесимметричным соплом, отработанного
на Су-37, стал серийный ТРДДФ АЛ-31ФП для сверхманевренного многофункционального
истребителя Су-30МКИ, разработанного по заказу ВВС Индии. По контракту от 30 ноября 1996 г.
Иркутскому авиационному заводу предстояло поставить в эту страну 40 таких
самолетов (забегая вперед следует сказать, что после уточнения контракта и заключения дополнительных соглашений
всего в Индию отправили 32 самолета Су-30МКИ с двигателями АЛ-31ФП с УВТ и 18
самолетов Су-30К с обычными ТРДДФ АЛ-31Ф). Первый опытный самолет Су-30МКИ с
двумя двигателями АЛ-31ФП с УВТ совершил первый полет 1 июля 1997 г., его
испытания проводил летчик-испытатель «ОКБ Сухого» Вячеслав Аверьянов.
Как и опытные АЛ-31Ф с УВТ, применявшиеся на самолете Т10М-11, двигатель
АЛ-31ФП оснащается поворотным в пределах ±15° соплом. Однако в отличие от
опытных двигателей, у АЛ-31ФП ось поворота сопла отклонена от продольной
плоскости симметрии на 32°, что позволяет при дифференциальном отклонении сопел
двух двигателей получить не только вертикальную, но и боковую составляющую тяги.
В сочетании с возможностью автоматического дифференциального изменения тяги двух
двигателей (так называемое управление «разнотягом») это обеспечивает управление самолетом во всех плоскостях на сверхмалых и
околонулевых скоростях полета, когда обычные аэродинамические органы управления
теряют свою эффективность. Система управления вектором тяги на Су-30МКИ включена
в систему дистанционного управления самолетом и не имеет каких бы то ни было
отдельных рычагов управления. Для повышения надежности система управления
вектором тяги АЛ-31ФП выполнена автономной, работающей на керосине, отбираемом
от системы топливопитания двигателя, и не зависит от гидросистемы самолета.
Серийный выпуск двигателей АЛ-31ФП освоен Уфимским моторостроительным
производственным объединением (ОАО «УМПО», г. Уфа).
Управление вектором тяги, прогрессивная аэродинамическая компоновка и
эффективная система управления обеспечили Су-30МКИ поистине уникальные
маневренные возможности. Летчик-испытатель Вячеслав Аверьянов освоил на этом
самолете такой комплекс пилотажа, который в то время не был доступен ни одному другому боевому
самолету в мире, и с 1998 г. с блеском демонстрирует его на различных
авиационных выставках в России и за рубежом.
Для летных испытаний по программе
Су-30МКИ в период с 1997 по 2001 гг. было
выпущено в общей сложности два опытных и четыре предсерийных самолета с
двигателями АЛ-31ФП, а с 2002 г. начались поставки серийных Су-30МКИ в Индию.
Они успешно завершились в декабре 2004 г., когда в Индии началось лицензионное
производство таких истребителей (всего по контракту от 28 декабря 2000 г. здесь
планируется изготовить в период до 2017 г. 140 Су-30МКИ). Поступив к настоящему
времени на вооружение уже двух эскадрилий ВВС Индии, Су-30МКИ стал, таким
образом, первым в мире строевым боевым самолетом с УВТ. А вскоре подобные машины
появятся еще в одной стране: по контракту от 5 августа 2003 г. НПК «Иркут»
поставит начиная с 2006 г. в Малайзию 18 самолетов Су-30МКМ с двигателями АЛ-31ФП с УВТ.
Стоит заметить, что самолеты семейства Су-27/Су-30, оснащенные двигателями с
УВТ, разрабатываются не только для зарубежных заказчиков. Так, летом 2003 г.
комплектом двигателей АЛ-31Ф серии 3 с поворотными соплами (аналогичными
применяемым на АЛ-31ФП) был оснащен опытный корабельный учебно-боевой и
многофункциональный самолет Су-27КУБ. Применение УВТ повысило маневренные и
взлетно-посадочные характеристики этого самолета корабельного базирования, что
было подтверждено испытаниями Су-27КУБ на ТАВКР «Адмирал Кузнецов» в Баренцевом
море в ноябре 2004 г.
Технически нет принципиальных проблем устанавливать подобные двигатели с УВТ
и на другие самолеты семейства Су-27 для Вооруженных Сил России. В частности,
применение УВТ рассматривается для модернизированных истребителей Су-27СМ2 (для
ВВС России) и Су-35 (на экспорт). Как известно, такие машины должны последовать
за нынешними Су-27СМ и Су-ЗОМК и стать промежуточным шагом к будущему
истребителю пятого поколения - Перспективному авиационному комплексу фронтовой
авиации (ПАК ФА), разрабатываемому сейчас в «ОКБ Сухого». Согласно сообщениям в
печати, на последнем найдут применение двигатели АЛ-41Ф1 разработки НПО
«Сатурн», являющиеся глубокой модернизацией нынешних АЛ-31Ф с использованием
технологий, опробованных при создании ТРДДФ пятого поколения АЛ-41Ф. Судя по
всему, на них также будет реализовано управление вектором тяги посредством
отклонения осесимметричного сопла. Опытные образцы таких двигателей (видимо,
пока еще без системы УВТ) с марта 2004 г. проходят испытания на летающей
лаборатории Т10М-10 (Су-27М №710). Считается, что двигатели типа АЛ-41Ф1 смогут
найти применение и на упомянутых выше Су-27СМ2 и Су-35. Серийный выпуск таких
силовых установок будет налажен на УМПО.
Альтернативный вариант «ремоторизации» строевых самолетов типа Су-27
разработан также на другом моторостроительном предприятии, выпускающем серийные
двигатели АЛ-31Ф - ММПП «Салют». Модернизированные на этом заводе двигатели
АЛ-31Ф-М1 (а затем АЛ-31Ф-М2 и АЛ-31Ф-МЗ) могут оснащаться соплами с
всеракурсным отклонением вектора тяги за счет одновременного поворота створок сверхзвуковой части сопла. Подобная
конструкция системы УВТ спроектирована на «Салюте» с участием специалистов
«Завода им. В.Я Климова», разработавших систему ОВТ «КЛ МВТ» (подробнее об этом
- в следующем разделе). Согласно материалам ММПП «Салют», к моменту проведения
выставки «Двигатели-2004» в апреле 2004 г. наработка реактивного сопла с УВТ в
составе двигателя типа АЛ-31Ф на стендах составила уже 400 ч. Величина угла
отклонения вектора тяги достигала 16° в каждую сторону, а скорость перекладки сопла - 60°/с. За полгода до этого «салютовский» АЛ-31Ф-М1 с УВТ
демонстрировался на статической стоянке МАКС-2003 в составе силовой установки
летающей лаборатории ЛИИ Су-27П №37-11 (бортовой №595). На этом самолете
двигатель АЛ-31Ф-М1, имеющий повышенную, по сравнению с серийным АЛ-31Ф, тягу, к
тому моменту уже прошел серию летных испытаний. На очереди была летная отработка
на нем сопла с УВТ, однако, судя по всему, из-за недостатка финансирования
приступить к ней пока не удалось.
В середине 90-х гг. к разработке собственного варианта системы отклонения
вектора тяги двигателей для истребителей класса МиГ-29 приступили на
санкт-петербургском «Заводе им. В.Я. Климова» - предприятии, где были
разработаны применяемые на этом самолете ТРДЦФ четвертого поколения РД-33, а в
дальнейшем создавались их новые модификации. Кстати, в этом году исполняется 25
лет, как РД-33 был запушен в серийное производство на московском заводе
«Красный Октябрь» (ныне - ММП им. В.В. Чернышева), где оно осуществляется и поныне. За прошедшее время двигатель претерпел ряд изменений,
направленных на повышение его надежности и увеличение ресурса, в результате чего
он и сегодня не уступает, а по ряду параметров превосходит свои зарубежные
аналоги. Двигателями РД-33 укомплектован весь парк истребителей МиГ-29,
эксплуатируемых сейчас в России, семи странах СНГ и более чем двух десятках
стран дальнего зарубежья.
Помимо увеличения тяги, улучшения экономичности и дальнейшего повышения
эксплуатационных показателей, одним из основных направлений дальнейшего развития
двигателей семейства РД-33 на «Климове» определили создание модификации с
отклоняемым вектором тяги. Проанализировав имевшийся к тому времени зарубежный и
отечественный опыт, на заводе пришли к мнению, что наиболее целесообразно
реализовать идею поворота не всего осесимметричного сопла, а только его
сверхзвуковой части. По сравнению с поворотом всего выхлопного устройства (как,
например, на двигателе АЛ-31ФП), это позволяло уменьшить массу конструкции,
сделать ее достаточно простой и технологичной, повысить быстродействие механизма
перекладки сопла, а главное - обеспечить возможность всеракурсного отклонения
вектора тяги в любом направлении.
К началу 1997 г. на «Климове» был спроектирован и изготовлен первый опытный
образец сопла с поворотной сверхзвуковой частью. В ходе стендовых испытаний в
составе двигателя в течение 50 ч выполнили около 1000 перекладок сопла на всех режимах работы,
включая полный форсаж. Максимальные углы отклонения вектора тяги составляли +
15° во всех направлениях, а скорость перекладки достигала 30°/с (в дальнейшем ее
довели до 60°/с).
Конструктивная схема сопла предусматривает одновременный поворот всех
сверхзвуковых створок на заданный угол за счет воздействия на них через тяги
одного общего управляющего кольца, приводимого в движение тремя гидроприводами,
которые в свою очередь прикреплены к неподвижному силовому поясу на форсажной
камере. Положение концов штоков гидроприводов в трех точках однозначно
определяет положение управляющего кольца в пространстве и, соответственно,
направление вектора тяги. Вследствие появления дополнительных продольных и
поперечных сил, воздействующих на сопло и корпусную систему двигателя при
отклонении вектора тяги, некоторые элементы конструкции форсажной камеры
пришлось усилить.
Одновременно с введением сопла с ОВТ в конструкцию двигателя планировалось
внести ряд других изменений, направленных, в частности, на повышение тяговых
характеристик: на полном форсаже тяга должна была возрасти с 8300 до 9000 кгс, а
на максимальном режиме - с 5040 до 5600 кгс. На нем должна была найти применение
новая цифровая система регулирования. Такой двигатель получил обозначение
РД-133, и под таким названием демонстрировался весной 1998 г. на выставке
«Двигатели-98», а летом следующего года - на МАКС-99. Однако в дальнейшем под
маркой РД-133 «Завод им. В.Я. Климова» представлял уже обычный серийный
двигатель РД-33, но оснащенный рассмотренной выше системой ОВТ. Сейчас от этого
названия отказались, и модификация с отклоняемым вектором тяги именуется просто
«РД-33 с ОВТ».
В конце 90-х гг. аналогичным соплом с ОВТ «Завод им. В.Я. Климова» планировал
комплектовать и создававшиеся на базе РД-33 более мощные и современные
модификации тягой до 10-12 тс. На различных выставках они фигурировали под
названиями РД-333, РД-ЗЗ-10М, ВКС-10М и т.п. По всей видимости, это намерение
разработчика сохраняется, меняются только марки новых модификаций популярного
ТРДДФ.
Планировалось, что уже в конце 1997 г. на летающей лаборатории МиГ-29 смогут начаться летные испытания двигателя РД-33 с ОВТ. К сожалению, в
то время средств у заказчика на это не нашлось. Тем не менее, в 2001 г. два
двигателя с ОВТ были все же установлены на опытный самолет МиГ-29М №156,
участвовавший до 1993 г. в летных испытаниях по программе МиГ-29М (типа «9-15»).
Под маркой МиГ-29ОВТ он демонстрировался в статической экспозиции МАКС-2001. А
еще спустя два года самолет смогли подготовить к летным испытаниям, и в августе
2003 г. летчик-испытатель РСК «МиГ» Павел Власов выполнил на нем первый полет с
отклонением вектора тяги. К моменту проведения авиасалона МАКС-2003 налет
истребителя с экспериментальной системой ОВТ был еще недостаточным, и
перекрашенный по яркой красно-белой схеме МиГ-29М №156 (МиГ-29ОВТ) не рискнули
допускать к программе демонстрационных полетов, ограничившись показом на
статической стоянке. На этой выставке стало известно, что подобными двигателями
с ОВТ предполагается комплектовать будущие серийные истребители
МиГ-29М и МиГ-29М2, и на сопроводительном планшете, установленном рядом с
самолетом №156, было указано, что в состав силовой установки МиГ-29М/М2 войдут
два двигателя РД-33МК с ОВТ с тягой на полном форсаже 9000 кгс.
К началу августа 2005 г. на летающей ч лаборатории МиГ-29ОВТ №156 летчиками
РСК «МиГ» Павлом Власовым и Михаилом Беляевым выполнено уже более 50 полетов с
отклонением вектора тяги, отработана как сама система ОВТ и управления ей, так и
ее связь с системой дистанционного управления самолетом. Полученные результаты полностью
удовлетворяют разработчиков и, по мнению главного конструктора РСК «МиГ» Николая
Бунтина, программа испытаний близка к завершению. Двигатель с ОВТ можно
запускать в серийное производство для будущих серийных МиГ-29М и МиГ-29М2. Пока
же изготовлено пять РД-33 с ОВТ (два из них проходили стендовые испытания, два
установлены на МиГ-29ОВТ №156 и один поставлен для летных испытаний в качестве
запасного).
Исследуя проблему ОВТ, на «Заводе им. В.Я. Климова» пришли к выводу, что
разработанную конструкцию сопла с всеракурсным отклонением его сверхзвуковой части можно не только применять на ТРДДФ типа РД-33, но и
адаптировать к двигателями других типов, в т.ч. зарубежного производства.
Технология создания унифицированной системы ОВТ получила название КЛИВТ -
«Климовский вектор тяги» (в английском написании - Klimov's Vectoring Thrust,
KLIVT).
По мнению руководства РСК «МиГ», самолеты МиГ-29М и МиГ-29М2 представляют
собой будущее поколение модификаций популярного истребителя МиГ-29, выпущенного
к настоящему времени в количестве около 1500 экземпляров. Если МиГ-29СМТ
рассматривается как основной вариант модернизации ранее построенных МиГ-29, то
МиГ-29М и МиГ-29М2 будут самолетами новой постройки, которую, при получении
соответствующих заказов, планируется начать в ближайшее несколько лет. А перспективы у таких заказов весьма серьезные. Как известно,
МиГ-29М и МиГ-29М2 будут представлены на тендер, который планируют объявить ВВС
Индии по программе MRCA (Multirole Combat Aircraft), предусматривающей закупку и
лицензионное производство 126 перспективных многоцелевых истребителей для замены
снимаемых с вооружения истребителей третьего поколения МиГ-23МФ и дополнения
парка остающихся в строю ВВС этой страны самолетов МиГ-29 и «Мираж» 2000Н.
Одноместный МиГ-29М («9-61») и двухместный МиГ-29М2 («9-67») имеют максимальную степень унификации конструкции, оборудования и вооружения.
Унифицированными на них являются даже головные части фюзеляжа и фонари кабины.
Все отличия заключаются в том, что вместо кресла и информационно-управляющего
поля в кабине второго летчика на одноместной машине размещается дополнительный
топливный бак. Кроме того, по конструкции, оборудованию и вооружению МиГ-29М/М2
в значительной степени унифицированы с корабельными истребителями
МиГ-29К («9-41») и МиГ-29КУБ («9-47»), строящимися в настоящее время по заказу ВМС Индии. Первый полет опытного экземпляра
МиГ-29КУБ намечен на декабрь этого года, опытного экземпляра МиГ-29К - на весну
2006 г. Серийные поставки 12 МиГ-29К и четырех МиГ-29КУБ в Индию по контракту от
20 января 2004 г. должны начаться в 2007 г. и продолжаться до 2009 г., после
чего возможно производство по опциону еще 30 таких машин.
Важной особенностью самолетов МиГ-29М и МиГ-29М2 является также высокая
общность с выпускаемым сейчас модернизированным МиГ-29СМТ по составу бортового
радиоэлектронного оборудования и вооружения. В результате, большинство испытательных полетов
в интересах программ МиГ-29СМТ и МиГ-29К могут быть зачтены и по программе
МиГ-29М/М2, поэтому сроки создания и освоения производства последних могут быть
очень короткими.
В настоящее время в испытаниях по тематике новых модификаций МиГ-29 принимают
участие девять самолетов: три МиГ-29СМТ, два МиГ-29УБ, два опытных МиГ-29К (№311
и 312, переоборудованные из опытных самолетов предыдущего типа «9-31»), МиГ-29М2 №154 (переоборудован из четвертого летного
экземпляра МиГ-29М типа «9-15») и МиГ-29ОВТ №156 (переоборудован из последнего
предсерийного самолета МиГ-29М типа «9-15»). На самолете №154 уже отработана
конструкция и аэродинамика новой унифицированной головной части фюзеляжа
самолетов МиГ-29М/М2/К/КУБ и связанные с ней бортовые системы, а также (впервые
на самолетах МиГ-29) испытана коротковолновая радиосвязь. На трех МиГ-29СМТ и
двух МиГ-29УБ завершается летная отработка унифицированного БРЭО и вооружения.
МиГ-29ОВТ №156 используется как летающая лаборатория для доводки двигателей
РД-33 с ОВТ. Двигатели с отклоняемым вектором тяги станут основой силовой
установки будущих серийных МиГ-29М и МиГ-29М2.
Применение всеракурсного отклонения вектора тяги на этих самолетах позволит
осуществлять не только управление истребителем на маневре (в т.ч. на режимах
сверхманевренности - на очень больших углах атаки и минимальных скоростях), но и
стабилизацию параметров полета по всем трем осям при обычном пилотировании,
обеспечивая сокращение затрат на балансировку и, соответственно, расхода
топлива. Пространственное ОВТ дает возможность получать большие угловые скорости
крена и обеспечивать эффективное управление по курсу при полете на больших углах
атаки, когда традиционные аэродинамические органы управления значительно
утрачивают свою эффективность, а также существенно увеличивать угловые скорости
по тангажу.
Вообще, применение всеракурсного ОВТ сделает управление МиГ-29М/М2 более
точным, более уверенным и более энергичным, практически не зависимым от величины
угла атаки, причем как при выполнении элементов сверхманевренности, так и при
традиционном пилотировании. Это не только будет давать МиГ-29М/М2 как
дополнительные серьезные преимущества в воздушном бою, но и существенно снизит
нагрузку налетчика (экипаж), позволив . ему больше внимания уделять
непосредственно решению боевых задач. А внешнюю, демонстрационную сторону
применения ОВТ на самолете типа МиГ-29М можно увидеть на МАКС-2005.