Черная вдова» пятого поколения

Начиная с 1981 года в США велись исследования и проработки по программе ATF (усовершенствованный тактический истребитель). Первоначально на самолеты, создаваемые в рамках этой программы, возлагались в первую очередь задачи выполнения ударных операций, и в качестве вторичной функции – завоевание превосходства в воздухе. Особое внимание уделялось атакам наземных целей, находящихся на большом удалении от линии фронта. Однако в 1984 году требования к самолету резко изменились, он был переориентирован на решение задач завоевания превосходства в воздухе. Появление в СССР достойного соперника F‑15 «Игл» истребителя Су‑27, характеристики которого, безусловно, были по достоинству оценены аналитиками ВВС США, несмотря на весьма пренебрежительные оценки этой машины на страницах западной авиационной печати, потребовало ускоренного создания замены «Иглу».

В число основных требований к новому самолету вошли сверхзвуковая крейсерская скорость полета на нефорсажном режиме работы двигателей, малая заметность, возможность эксплуатации с ВПП длиной не более 915 м (вначале требовалась длина ВПП 455 – 610 м), повышенная маневренность на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях, высокая эффективность в воздушном бою, в частности – вне визуального контакта с воздушным противником. В то же время «ударные» требования были полностью исключены из спецификации ВВС США, которые справедливо считали, что важнейшая задача истребителя, ради которой можно пожертвовать остальными его функциями, – завоевание и удержание господства в воздухе.

В сентябре 1983 года семь американских фирм: «Боинг», «Дженерал Дайнэмикс», «Грумман», «Локхид», «Макдоннелл Дуглас», «Нортроп» и «Рокуэлл», приступили к формированию облика самолета ATF. 31 октября 1986 года было объявлено о выборе групп фирм «Локхид»/«Боинг»/ «Дженерал Дайнэмикс» и «Нортроп»/«Макдоннелл‑ Дуглас» для постройки конкурирующих демонстрационных самолетов YF‑22 и YF‑23 (по два самолета каждой группой фирм). Головными подрядчиками выступили, соответственно, Локхид и Нортроп, с которыми были заключены контракты на сумму по 818 млн. долларов. На одном из самолетов каждой группы фирм должен был быть установлен двигатель «Дженерал Электрик» YF120, на другом – «Пратт‑Уитни» YF119 (двигатели также были разработаны по конкурсной программе).

Первый полет первого из двух самолетов YF‑23 состоялся 27 августа 1990 года. В память о знаменитом двухбалочном ночном истребителе конструкции Джона Нортропа времен Второй мировой войны YF‑23 получил собственное наименование «Блэк видоу 2» – «Черная вдова». Он отличался высокой степенью новизны, заложенной в конструкцию, на голову опережая по этому параметру своего конкурента, YF‑22. Смелость экспериментирования при создании новых летательных аппаратов, как мы уже знаем, всегда была свойственна инженерам‑разработчикам фирмы «Нортроп». «Черная вдова» выглядела беглецом из XXI века. Видимо, именно новизна проекта и оказалась причиной отказа от него. История достаточно банальная.

Истребитель YF‑23 в полете

Истребитель YF‑23

В соответствии с последними достижениями аэродинамики и технологии «Стеле» YF‑23 имел интегральную аэродинамическую схему с ромбовидным в плане среднерасположенным крылом со срезанными законцовками и V‑образным оперением. Разработчики сделали упор на улучшение сверхзвуковых характеристик и уменьшение радиолокационной, инфракрасной и визуальной заметности самолета. На YF‑23 были применены малоотражающие внешние формы и радиопоглощающие материалы. Самолет имел в плане контуры, образованные прямыми линиями. В результате число направлений пика отражения радиолокационных волн было снижено до четырех, а на других ракурсах радиолокационная заметность самолета была снижена весьма значительно. Передние и задние кромки цельноповоротных хвостовых V‑образных поверхностей были параллельны кромкам крыла в плане. Кромки всех створок и основных панелей обшивки, включая передние и задние кромки отсеков вооружения, задние кромки верхних створок сопел и хвостовой части фюзеляжа, имели зигзагообразную форму, соединениям подвижных и неподвижных элементов конструкции самолета также была придана специфическая форма для уменьшения отражения приходящего радиолокационного сигнала. С этой же целью фюзеляж‑ гондола, в которой размещались кабина летчика и отсек вооружения, имела шестигранное поперечное сечение. Фюзеляж, гондолы двигателей и крыло имели очень плавное сопряжение. Точно такое же решение было применено на бомбардировщике‑«стелсе» Нортроп В‑2 «Спирит».

В конструкции обоих истребителей, создававшихся по программе ATF, были использованы перспективные конструкционные материалы, в частности, полимерные композиты, композиты с металлической матрицей, алюминиево‑литиевые сплавы. Наиболее широкое применение нашли полимерные композиты, доля которых (по массе) в конструкции планера опытного самолета YF‑23 достигала 25%. Для применения в конструкции самолета изучался термопластичный материал на основе полиэфиркетонового связующего и углеродных волокон с индексом AS‑4.

Крыло имело односекционные отклоняемые носки, а также элероны и закрылки, служащие также воздушными тормозами (при торможении внутренние поверхности отклонялись вниз, а внешние – вверх, вспомним конструкцию расщепляющихся элевонов на «летающих крыльях» Джона Нортропа). Удлинение крыла составляло 2,0, угол стреловидности по передней кромке составлял 40°, по задней кромке ‑40°, центральная хорда 12,22 м, концевая хорда – 1,01 м, сужение крыла – 12,1.

«Черная вдова II». Дозаправка в воздухе

От носа самолета вдоль его бортов к корневым частям крыла шли небольшие узкие боковые наплывы с внешней острой кромкой, при виде в плане образованной тремя прямыми линиями. Эти наплывы служили для генерирования вихрей при маневрировании на больших углах атаки, с целью предотвратить неуправляемое рыскание самолета. Кабина одноместная, располагалась высоко и была значительно вынесена вперед относительно крыла, что в сочетании с изогнутыми бортами кабины и кромкой лобового стекла обеспечивало летчику прекрасный обзор вперед‑вниз и назад‑ вбок. Катапультируемое кресло Макдоннел Дуглас NACES II обеспечивало аварийное покидание самолета на стоянке и в полете на скорости до 1150 км/ч.

Стремление получить высокие характеристики на больших углах атаки обусловило широкое разнесение поверхностей V‑образного оперения, наклоненных наружу на 45°, поворачивающихся целиком и обеспечивающих управление самолетом как по тангажу, так и по рысканию.

Трехопорное шасси с одноколесными стойками рычажной схемы было рассчитано на посадку без выравнивания с вертикальной скоростью 3,05 м/с. Передняя стойка убиралась поворотом вперед, основные – назад.

Два форсированных двухконтурных ТРД «Пратт‑ Уитни» F119‑PW‑100 с постоянной умеренной степенью двухконтурности являются дальнейшим развитием ставших классикой двигателей семейства F100. ТРДДФ первых серий имели максимальную статическую тягу 13 900 кгс, в дальнейшем возможно ее увеличение до 15 900 кгс.

Двигатель «Дженерал Электрик» F120 имел гораздо более интересную конструкцию. С целью оптимизации удельного расхода топлива на разных режимах полета F120 мог менять в полете степень двухконтурности: на дозвуке она была больше, на сверхзвуке – уменьшалась благодаря наличию створок перепуска воздуха между трактами компрессора и вентилятора. Но несмотря на безупречную работу, по стоимостным характеристикам да и по сложности конструкции двигатель Дженерал Электрик проигрывал изделию фирмы «Пратт‑Уитни». Кстати, именно поэтому в дальнейшем именно F119 был выбран в качестве силовой установки для победившего в конкурсе ATF истребителя F‑22.

Боковые подкрыльевые воздухозаборники двигателей трапециевидного сечения имели S‑образные каналы для экранирования первых ступеней компрессоров двигателей – самых отражающих элементов конструкции любого самолета – от прямого облучения вражескими РЛС. Тракты заборников были изнутри покрыты радиопоглощающим материалом. Наклон боковых стенок воздухозаборников примерно соответствовал наклону поверхностей V‑образного оперения. Сверху в передних корневых частях крыла располагались створки перепуска воздуха для регулирования режима работы воздухозаборников.

YF‑23 в полете

Сопла двигателей были плоскими. Несмотря на потери тяги от неоптимальной формы сопел, такая форма значительно снижала заметность самолета. Системы управления вектором тяги в отличие от самолета F‑22 предусмотрено не было: подвижной выполнили лишь верхнюю створку сопла. Она использовалась для регулирования площади проходного сечения сопла и для реверса тяги на посадке. Реактивные струи из сопел истекали сверху хвостовой части фюзеляжа между консолями оперения над плоской поверхностью, подавлявшей инфракрасное излучение и дополнительно экранировавшей двигатели от прямого наблюдения сзади. Система управления вектором тяги, необходимая построенному по классической аэродинамической схеме F‑22, на F‑23 представлялась дорогим, тяжелым и ненужным излишеством: схема с V‑образным сильно разваленным оперением, не теряющим эффективности ни на малых скоростях, ни на больших углах атаки, позволяла «Черной вдове» выполнять интенсивные маневры и с неподвижными соплами. Требовалось лишь разработать соответствующие законы управления.

На самолете была установлена цифровая ЭДСУ с волоконно‑оптическими линиями передачи данных и с центральной ручкой управления в кабине летчика. Архитектура бортового комплекса серийного самолета должна была включать в себя мощнейший многократно резервированный бортовой IBM‑совместимый компьютер, который взял бы на себя функции множества бортовых систем, в том числе ЭДСУ, системы жизнеобеспечения, управления навигационным комплексом, системой связи, обнаружения и опознавания целей, управления вооружением, силовой установкой, системой постановки активных и пассивных помех и т. п. Фактически летчик полностью изолировался непосредственно от органов управления самолетом: он лишь должен был давать команды бортовому компьютеру, а тот – управлять самолетом по собственному усмотрению. Кстати, в настоящее время эта архитектура (хороша она или плоха – покажет время) реализована на серийных F‑22. По мере совершенствования элементной базы компьютера платы и целые блоки в электронном мозгу самолета должны заменяться на более совершенные.

Для получения данных о воздушной скорости, барометрической высоте, сносе, угле атаки и т. п. самолет был оборудован многофункциональными штангами ПВД по бокам носовой части фюзеляжа. Сбоку и снизу носовой части имелись также несколько отверстий для невыступающих датчиков воздушного давления. Фирма «Нортроп» разработала систему, способную получать все необходимые воздушные параметры с помощью невыступающих датчиков, даже в сверхзвуковом полете. Штанги ПВД предполагалось использовать для проверки невыступающих датчиков и затем вообще демонтировать для понижения заметности. Предполагалось использование на серийном самолете средств защиты оборудования и летчика от лазерного оружия, в частности поляризации остекления кабины.

В состав целевого оборудования серийного. F‑23 должен был входить мощный радиолокатор с многочисленными фазированными антенными решетками (ФАР), «размазанными» по кромкам фюзеляжа, крыла и оперения. В результате самолет имел бы круговой радиолокационный обзор на дальностях до 70 – 90 км. Но применение в бою активной радиолокации сильно демаскирует самолет, поэтому основную ставку создатели бортового комплекса «Черной вдовы» делали на пассивные датчики, улавливающие излучение вражеских РАС, а также на тактическую развединформацию, поступающую в реальном масштабе времени от спутников и самолетов АВАКС и JSTARS. Таким образом, истребитель пятого поколения был призван стать одним из элементов информационнобоевого поля, ориентированным не на одиночные действия, а на игру «в команде». Сигналы, поступившие от пассивных датчиков и от внешних источников, должны были обрабатываться бортовым компьютером и выдаваться летчику уже в виде списка целей с отметками их местоположения, приоритетности в соответствии с полетным заданием и степенью потенциальной угрозы, указанием типа летательного аппарата и его национальной принадлежности. Летчик должен был лишь выбрать цель и осуществить по ней пуск ракеты с активным радиолокационным или пассивным инфракрасным наведением.

Самолет мог нести до восьми управляемых ракет класса «воздух‑воздух» AIM‑120 AMRAAM средней дальности и AIM‑9 «Сайдуиндер» малой дальности в различных комбинациях в соответствии с полетным заданием. Ракеты размещались в тандемно расположенных в фюзеляже внутренних отсеках вооружения, закрывающихся двумя большими створками длиной более 5 метров. Перед пуском ракеты должны были выталкиваться из отсека с помощью гидравлических направляющих – толкателей. Планировалась также установка встроенной пушки – варианта шестиствольной М61А1, хорошо зарекомендовавшей себя в ВВС и на флоте, с удлиненным блоком стволов. Пушка на прототипах не устанавливалась. Возможные варианты ее размещения предусматривали установку в нижней части носового конуса, перед кабиной летчика либо в корне левого крыла. На четырех внешних узлах подвески могло устанавливаться существующее вооружение или топливные баки для перегоночных полетов. «Черная вдова» проектировалась исключительно как перехватчик и истребитель воздушного боя, так что подвеска бомб или ракет класса «воздух‑земля» вообще не рассматривалась.

YF‑23

В процессе демонстрационно‑оценочных испытаний оба прототипа «Черной вдовы» до конца 1990 года налетали 65 часов в 50 полетах. Были достигнуты максимальное число М = 1,8 на высоте 15 240 м и крейсерское бесфорсажное число М= 1,6. Самолет показал прекрасные маневренные характеристики, превзойдя своего конкурента по устойчивости и управляемости на больших углах атаки и на сверхзвуке. После отказа ВВС от «Черной вдовы» программа была полностью свернута, несмотря на положительные оценки самолета мировой авиационной прессой и некоторыми представителями Пентагона. Выбор прототипа истребителя пятого поколения фирм «Локхид» и «Боинг» объясняется несколькими факторами: во‑первых, консерватизмом мышления военных, всегда предпочитавших самолет, имеющий более привычный вид разного рода «футуризмам»; во‑вторых, финансовое положение фирмы «Локхид» было не в пример хуже, чем у «Нортропа», к моменту начала работ над «Вдовой» уже имевшего в своем портфеле весьма дорогостоящий контракт на разработку стратегического бомбардировщика В‑2. И, наконец, в‑третьих, «Вдова», как самолет с гораздо более высоким коэффициентом новизны, несмотря на свою очевидную перспективность, требовал на свою доработку до серии гораздо больших финансовых затрат. Оба опытных самолета после отказа от программы были переданы НАСА для исследований калибровки нагрузок. В настоящее время оба они находятся в авиационных музеях в летнопригодном состоянии.

В групповом полете два прототипа YF‑23A

Характеристики самолета YF‑23 «Блэк видоу 2»

Размеры, м:

размах крыла 13,29

длина самолета 20,54

высота самолета 4,24

площадь крыла 87,8 м²

Двигатели: 2 ТРДДФ Пратт‑Уитни YF119

или Дженерал Электрик YF120 (2 х 15 900 кгс)

Массы и нагрузки, кг:

боевая взлетная с полным запасом топлива во внутренних баках и ракетным вооружением из восьми УР класса «воздух‑воздух» около 29 000

масса пустого снаряженного самолета 16 800

запас топлива во внутренних баках 10 900

Летные данные (расчетные):

максимальное число М полета 1,8

число М крейсерского полета при нефорсированном режиме работы двигателей 1,5

практический потолок 18 000 – 20000 м

установившаяся эксплуатационная

перегрузка при числе М› 1 6

потребная длина ВПП 915 м

расчетная вертикальная скорость при посадке 3,05 м/с