Выполненные в 90-е проекты дипломников МАИ опередили время
Синтез новых схем самолета – результат разрешения диалектических противоречий. Поиск здесь – это прежде всего глубокий анализ преимуществ и недостатков известных альтернативных вариантов и синтез на их базе прорывного технического решения, являющегося результатом выполнения поставленной задачи на новом уровне (витке диалектической спирали).
Окончание. Начало
Действие алгоритма рассмотрим на примере СВВП. В качестве альтернативных схемных решений возьмем схемы силовых установок (СУ), обеспечивающих самолету вертикальный взлет и посадку. Порядок процедуры сравнения характеристических матриц самолетов с единой и составной силовыми установками (СУ) и формирование технического решения – комбинированная СУ представлен в таблице.
vpk-news.ru
Поиск компромиссов
На первом этапе создания СВВП, относящемся к 50–60-м годам, применялись единая и составная СУ. Потребные тяговооруженности, используемые самолетами, выполненными по единой и составной схемам СУ, имеют одинаковые значения при вертикальном взлете, а располагаемые горизонтальные тяговооруженности имеют либо минимальное (для составной СУ), либо максимальное (для единой СУ) значение для этого класса самолетов.
Компромиссным решением, позволившим решить противоречие, связанное с выбором основных параметров самолета (вертикальной и горизонтальной тяговооруженности), и учесть компоновочные разночтения по взаимной увязке объемов при размещении центроплана, внутреннего отсека вооружений, ниши основных стоек шасси, расходного топливного бака и т. д. при условии обеспечения минимальных моментов инерции, габаритных ограничений и аэродинамических форм, явилась схема с комбинированной СУ. Она обеспечила потребные вертикальную и горизонтальную стартовые тяговооруженности, отличие которых по абсолютному размеру более чем в два раза приводит к резкому снижению эффективности СВВП.
“Габариты самолета определялись из условия базирования на авианесущих крейсерах типа "Киев", "Минск", "Новороссийск"”
Преимущества самолетов с комбинированной СУ отрицают схему с составной СУ и находятся в диалектическом противоречии со схемой ЛА с единой СУ.
Суть "противостояния" второй пары заключается в появившихся проблемах с компоновкой задней открытой зоны соплового аппарата и лишь в половинчатом решении использования тяговооруженности подъемно-маршевого двигателя (ПМД) на всех режимах полета и сохранением качеств группы подъемных двигателей (ПД), присущих самолетам, выполненным по схеме с составной СУ. Актуальность разрешения этого противоречия возникла при разработке программ сверхзвуковых маневренных СВВП. Результатом является появившаяся в 70-х годах схема единой СУ с агрегатами усиления тяги.
Как пример рассмотрим единую СУ с выносной форсажной камерой (ВФК), которая позволяет разрешить противоречие второй пары и в компоновке, и в тяговооруженности. По компоновочным признакам ВФК имеет зависимость, эквивалентную самолетам с комбинированной СУ. По тяговооруженности ЛА на бесфорсажном режиме соответствует характеристикам самолета с комбинированной схемой СУ (работает только ПМД).
Для СВВП силовая установка и система управления на доэволютивных режимах полета имеют как функциональную, так и конструктивную общность. Две предыдущие пары касались разрешения противоречий по компоновке и тяговооруженности лишь в части СУ. Рассмотрим нестыковку между системами управления: газодинамической струйной на доэволютивных режимах и газодинамической либо векторной модуляцией тяг силовой установки. Характеристическими признаками, как и в первом случае, является компоновка СУ, а точнее – точек приложения векторов тяг, при этом относительные затраты тяги на управление и балансировку самолета на доэволютивных режимах полета выступают как критерий. Разрешение третьей пары противоречий сопровождается интеграцией СУ и системы управления на доэволютивных режимах полета (СУДПР).
На базе этого схемного решения был предложен СВВП, оборудованный единой двухдвигательной СУ с выносной форсажной камерой. Самолет выполнен по аэродинамической балансировочной схеме "бесхвостка" и без вертикального оперения. Устойчивость и управляемость во всех трех каналах обеспечивают газодинамическая модуляция тяги двигателя и поворотные сопловые аппараты. Габариты самолета определялись из условия базирования на авианесущих крейсерах типа "Киев", "Минск", "Новороссийск" в размерах лифта-подъемника 18х6х5,5 при расчетной массе 21 тонна. Это позволило бы иметь во внутренних отсеках две тонны вооружения, что равно четырем ракетам класса "воздух-воздух" среднего радиуса действия. Проект выполнен группой дипломников МАИ в 90-е годы.
На втором этапе из альтернативных схемных решений отбираются диалектически противоположные пары, для которых столбцы характеристических матриц носят зеркальный характер. В той части, где это условие выполняется, возможно формировать обобщенную характеристическую матрицу, соответствующую еще не существующему техническому решению. Далее каждой строке (характеристике) подбирается частное техническое соответствие, совокупность которых и определяет последующее схемное решение.
Возможны варианты
Поиск решения на втором этапе рассмотрим на примере концепции взлета СВВП. Как было отмечено, возможны два варианта вертикального взлета и посадки: с горизонтальным положением фюзеляжа и с вертикальным.
Данные технические решения представляют пару диалектически противоположных схем как по сути, так и по функциональному назначению.
Сформируем матрицу потребной тяговооруженности СВВП на различных режимах полета.
vpk-news.ru
Формирование обобщенной матрицы в результате разрешения третьей пары противоречий привело к выработке новой концепции СВВП: взлет с вертикальным, а посадка с горизонтальным положением фюзеляжа. На рисунке представлены две исходные схемы самолетов и третья как результат синтеза новой схемы от данных характеристической матрицы. На эти технические решения получены авторские свидетельства.
На базе этой схемы был предложен СВВП, оборудованный единой однодвигательной силовой установкой с двумя выносными форсажными камерами, расположенными в К-образном сочленении крыла обратной стреловидности. Самолет выполнен по аэродинамической балансировочной схеме "утка" с двухкилевым вертикальным оперением. Устойчивость и управляемость во всех трех каналах обеспечивают газодинамическая модуляция тяги двигателя и поворотные сопловые аппараты. Размерность ЛА определена исходя из габаритов стандартного 45-футового морского контейнера при расчетной массе 15 тонн. Это позволило бы нести во внутренних отсеках те же две тонны вооружения – четыре ракеты класса "воздух-воздух" среднего радиуса действия. Проект также выполнен дипломниками МАИ еще в 90-е.
Приведенные разработки опередили свое время. Канули в Лету экспериментальные и серийно построенные СВВП 70–80-х годов. Но диалектика неумолима. Новые технологии в материаловедении, двигателестроении, самолетостроении позволят сделать шаг вперед к решению задач вертикального взлета и посадки. Появятся новые схемы, но по закону диалектики "Все новое – это хорошо забытое старое".
Михаил Куприков, доктор технических наук, профессор, завкафедрой МАИ
Опубликовано в газете "Военно-промышленный курьер" в выпуске № 26 (739) за 10 июля 2018 года
