Крохотный экспериментальный самолетик Х-31 был разработан совместно американской фирмой «Рокуэлл» и германской «Мессершмитт-Белков-Блом» (МВБ). Это — первый из экспериментальных самолетов американской серии «X», созданный в результате совместной программы с участием другой страны. Он предназначен для исследования технических средств, обеспечивающих ведение ближнего маневренного воздушного боя с выходом на закритические утлы атаки. Идея использования закритических углов атаки для повышения маневренности истребителей —сверхманевренности была впервые за рубежом выдвинута фирмой МВБ, которая приступила к работам в этом направлении в 1977 году. Основана эта идея на прогнозируемом характере воздушного боя перспективных истребителей. Считается, что воздушный бой должен начинаться на больших и средних дистанциях за пределами визуальной видимости самолета противника. При непоражении противоборствующих самолетов на дальней дистанции воздушный бой, как правило, быстро переходит в ближний, который в связи с появлением всеракурсных ракет воздушного боя с инфракрасной головкой самонаведения должен характеризоваться повышенной (по сравнению с прошлым боевым опытом) долей атак с передней полусферы. Для выживания самолета в этих условиях требуется способность выполнять энергичные маневры с высокими угловыми скоростями и малыми радиусами разворотов, а также вести воздушную стрельбу «навскидку» с независимым управлением траекторией и угловой ориентацией самолета и возможностью кратковременного выхода на закритические углы атаки. В 1983 г. МВВ предложила ВВС ФРГ включить требование «сверхманевренности» при составлении ТЗ на создание перспективного истребителя EFA и использовать для этого систему управления вектором тяги, но не добилась реализации своего предложения из-за его слишком высокой стоимости и неисследованное вопроса. В том же году фирма «Рокуэлл» по согласованию с МВВ приступила к самостоятельным исследованиям экспериментального самолета SNAKE (Энергетическое обеспечение сверхбольших углов атаки). В ноябре 1984 года управление перспективных исследований МО США DARPA заключило с фирмой «Рокуэлл» контракт на изучение облика такого самолета, причем МВВ выступила субподрядчиком. В сентябре 1986 года был заключен контракт на предварительное проектирование по программе EFM (Enhancedfighter manoeuverability — повышенная маневренность истребителя) экспериментального самолета, получившего в феврале 1987 года обозначение Х-31 А. В соответствии с межправительственным соглашением, подписанным в июне 1986 года, работы фирмы «Рокуэлл» финансировались управлением DARPA через командование авиационных систем ВМС США, а работы фирмы МВВ — министерством обороны ФРГ. Вначале ожидалось, что общие расходы по программе составят около 75 млн. долларов, из которых США оплатят 80%, но по оценкам 1990 г. расходы США должны были достичь 135 млн. долл., а ФРГ — 59 млн. долл. Фирма.«Рокуэлл» выступила в роли основного подрядчика и осуществляла общее руководство работами, а также отвечала за аэродинамическую компоновку самолета, разработку и изготовление фюзеляжа, ПГО, вертикального оперения и подсистем. Фирма МВВ отвечала за проектирование и изготовление крыла и дефлекторов тяги двигателя, а также за разработку законов управления самолетом. С целью снижения стоимости самолета и сроков его разработки применена упрощенная геометрия самолета, обеспечивающая уменьшение числа деталей и упрощение технологии изготовления самолета; использованы повышенные запасы прочности, обеспечивающие уменьшение объема доводочных испытаний (например, расчетный запас по скоростному напору флаттера был увеличен при проектировании с обычных 32% до 44%, что устранило необходимость в проведении дорогостоящих испытаний флаттерной модели); используются 603 компонента от существующих самолетов, общая масса которых составляет 43% от массы пустого самолета Х-31. Схема Х-31 основана на проекте фирмы «МВВ», предложенном по программе истребителя EFA. Облик Х-31 определили требования маневрирования на за-критических углах атаки, снижения по крутой траектории (для исследования посадки перспективных самолетов на палубу авианосца), улучшенной маневренности на докритических режимах, независимого (от траектор-ного движения) ориентирования фюзеляжа, улучшенных характеристик торможения в полете и маневрирования с отрицательными перегрузками. Самолет построен по схеме «утка» с цельноповоротным среднерасположенным ПГО и низкорасположенным крылом двойной стреловидности. Доля (по массе) материалов в конструкции самолета составляет: алюминиевые сплавы — 51%, эпоксидный углепластик — 17%, сталь — 5%, титановые сплавы — 5%, алюминиево-лити-евый сплав — 4%, материал типа углерод-углерод — около 2%. Расчетный ресурс самолета составлял 300 часов. Крыло имеет алюминиевую силовую конструкцию (15 лонжеронов — передний стреловидный, остальные прямые — и четыре нервюры на каждой консоли) и обшивку из эпоксидного углепластика. Удлинение крыла — 2,5, стреловидность по передней кромке внутренней части крыла — 56,6°, внешней части — 45°, средняя относительная толщина профиля: 5,5% (в корневом сечении 7,0%; внутренней части крыла 5%; внешней части, утолщенной для размещения приводов отклоняемых носков, 5,75%). Двухсекционные отклоняемые носки, занимающие около 2/3 размаха крыла, и двухсекционные элевоны также с углепластиковой обшивкой, причем элевоны имеют сотовый заполнитель на всю толщину. Носки отклоняются автоматически в зависимости от угла атаки и числа М. Кривизна крыла увеличивается при маневрировании на дозвуковых скоростях за счет отклонения вниз носков и элевонов и уменьшается в сверхзвуковом полете за счет отклонения вверх элевонов. Приводы носка крыла взяты от самолета F/A-18, элевонов — от конвертоплана «Боинг Вертол» V-22. ПГО имеет размах 2,64 м, площадь 2,19 м2, стреловидность по передней кромке 45°, симметричный профиль с относительной толщиной 5% и может отклоняться в диапазоне от + 20° до — 70°, выполнено с обшивкой из эпоксидного углепластика, с сотовым заполнителем. Шарнирный узел поворота консолей ПГО был взят от бомбардировщика «Рокуэлл» В-1В, где он используется для крепления поверхностей системы подавления упругих колебаний фюзеляжа. Фюзеляж — типа полу-монокок с 4 основными продольными балками и 11 усиленными шпангоутами; 9 шпангоутов получены фрезерованием из цельных алюминиевых заготовок, 2 остальных шпангоута составные. Для уменьшения трансзвукового сопротивления верхняя центральная секция фюзеляжа в соответствии с правилом площадей скошена вниз в направлении от кабины к килю, в то же время для снижения производственных расходов наибольшая часть этой секции имеет постоянное поперечное сечение с идентичными прессованными вспомогательными шпангоутами. Стапель для сборки фюзеляжа был упрощен, фюзеляжные шпангоуты при этом использовались как элементы стапеля.
Наибольшая часть обшивки передней секции фюзеляжа трехслойная, из эпоксидного углепластика, с сотовым заполнителем, боковая обшивка центральной части фюзеляжа выполнена из алюминиево-литиевого сплава, обшивка хвостовой части — из титанового сплава. Кабина одноместная, герметичная, лобовое стекло и фонарь кабины, катапультируемое кресло, а также значительная часть кабинного оборудования взяты от самолета F/A-18. По бокам хвостовой части фюзеляжа установлены воздушные тормоза, под носовой частью фюзеляжа — штанга ПВД. Киль пятилонжеронной конструкции с алюминиевыми лонжеронами и обшивкой из эпоксидного углепластика; стреловидность по передней кромке 50°. Шасси трехопорное, с одноколесными стойками. Используются стойки от самолета «Дженерал Дайнэ-микс» F-16, основные колеса и тормоза от административного самолета Цессна «Сай-тейшн» III, пневматики основных колес от штурмовика «Воут» A-7D, носовой пневматик от F-16. Колея шасси составляет 2,25 м, база — 3,54 м. На обоих самолетах имелся противоштопорный парашют. Двухконтурный форсированный ТРД «Дженерал Электрик» F404, примененный впервые на истребителе F/A-18D, установлен в хвостовой части фюзеляжа. Система управления двигателем — цифровая с полной ответственностью (FADEC). За кабиной летчика расположены вспомогательная силовая установка от самолета F-16 и аварийная система воздушного запуска двигателя от самолета F-20. Воздухозаборник — под-фюзеляжный прямоугольный, с отклоняемой на 26° нижней панелью. Верхняя панель воздухозаборника служит отсекателем фюзеляжного пограничного слоя, который направляется в систему кондиционирования, а избыток воздуха выбрасывается через отверстия по бокам фюзеляжа над носком крыла. Стенки воздухозаборника имеют трехслойную конструкцию с обшивкой из углепластика и сотовым заполнителем. Предусмотрена возможность установки до 40 датчиков давления для изучения потока на входе в воздухозаборник на больших углах атаки. С целью экономии средств на самолетах была применена упрощенная схема отклонения вектора тяги двигателя с использованием трех поворотных дефлекторов или периферийных газовых рулей, установленных за соплом двигателя по его периметру. Эта система была разработана на основе де-флекторной системы управления рысканием, прошедшей испытания на модифицированном самолете F-14. Периферийные рули выполнены из материала углерод-углерод с теплозащитным покрытием и имеют стальные вкладыши для цапф приводов. Они крепятся к фюзеляжу с помощью титановых фитингов. При комбинированном отклонении дефлекторов возможно отклонение струи выходящих газов в любом направлении на угол до 10° относительно продольной оси самолета с обеспечением поперечной составляющей силы тяги до 17% от полной силы тяги. Отклонение вектора тяги используется для управления тангажом и рысканием самолета на малых скоростях, возможно также и симметричное отклонение газовых рулей как воздушных тормозов для быстрого торможения самолета. Топливо размещается в одном баке в центральной части фюзеляжа, обеспечено питание топливом двигателя в большом диапазоне углов тангажа: имеются два бачка отрицательных перегрузок и топливный аккумулятор для нулевой перегрузки. Системы дозаправки в полете не предусмотрено. Система управления полетом — цифровая электродистанционная, с центральной ручкой управления, от самолета F/A-18; вычислители системы взяты от экспериментального самолета НТТВ. Программное обеспечение СУП написано на языке «Джовиал». Самолет весьма статически неустойчив. Требованиями предусматривалось обеспечение полной управляемости самолета и отсутствие тенденции к сваливанию при работающем двигателе на углах атаки до 70°. Поставлено также требование вывода самолета из критических режимов с помощью только аэродинамических органов управления при отказе двигателя или поворотных дефлекторов тяги. Основным аэродинамическим органом продольного управления являются элевоны. ПГО также используется для продольного управления и балансировки самолета совместно с элевонами и служит прежде всего для вывода самолета на безопасные углы тангажа; оно может также обеспечивать непосредственное управление подъемной силой и увеличение подъемной силы. В отсеке за кабиной летчика установлена система кондиционирования от самолета F-5E. Генераторы системы электроснабжения были взяты от самолета F/A-18. Связное оборудование ДМВ-диапазона. Контрольно-измерительное оборудование размещено в носовой части фюзеляжа. Имеются аварийные гидравлическая и электрическая системы для обеспечения работы системы управления полетом, а также аварийный источник энергии для запуска двигателя. В кабине установлен индикатор на лобовом стекле, на котором отображается символика, предупреждающая потерю летчиком ориентировки при выполнении нестандартных маневров. В процессе разработки Х-31 были проведены испытания многочисленных моделей в аэродинамических трубах, а также 25 тысяч сеансов моделирования пилотажных характеристик самолета. В результате было построено два самолета Х-31. Первый полет первого самолета состоялся 11 октября 1990 года, второго — в 1991 году. Летные испытания должны были продлиться до середины 1992 года. В ходе испытаний планировалось выполнить 400 полетов, из них 80 в обычной области режимов полета (на докритических углах атаки) и 200 на закритических режимах, а также 120 с имитацией воздушного боя. Осенью 1992 года в процессе испытаний самолет Х-31 достиг угла атаки 70°. Х-31 успешно выполнил один из основных маневров, для совершения которого он был предназначен. На больших углах атаки с использованием трех дефлекторов отклонения тяги самолет выполнил разворот на 180° с радиусом, значительно меньшим, чем при нормальном развороте с креном. Этот разворот называется маневром Хербста — в честь В. Хербста, бывшего технического директора фирмы «МВВ», сторонника использования закритического маневрирования в воздушном бою. Маневр начался на высоте 6000 м при скорости 371 км/ч, самолет быстро затормозился с увеличением угла атаки до 70°. Вслед за этим летчик отклонил дефлекторы для выполнения быстрого крена с изменением направления полета самолета на обратное, после чего самолет вновь набрал скорость. Этот маневр был повторен несколькими летчиками несколько раз. По словам представителей ВВС США, время разворота Х-31 на сверхкритическом режиме меньше на 30% по сравнению с обычным разворотом с большой перегрузкой. Оценка боевой эффективности Х-31 в многочисленных исследовательских поединках с самолетом F-18 «дала замечательные результаты». Эта оценка была направлена на изучение эффективности закритического маневрирования. В процессе совместного маневрирования были изучены и освоены три основных боевых маневра: резкое изменение тангажа, разворот с выходом на закритические углы атаки и маневр атаки вертолета. В последнем случае, по словам летчика, «сопровождение цели продольной линией фюзеляжа по рысканию достигалось хорошо». До октября 1993 года самолет летал только на дозвуке. 24 ноября 1993 г. Х-31 совершил свой первый сверхзвуковой полет, достигнув числа М = 1,11 на высоте 11 430 м. Вскоре после этого система управления полетом была перепрограммирована таким образом, чтобы вопроизвести аэродинамику полета без вертикального оперения при М=1,3 и использовать отклонение вектора тяги для управления в «квазибесхвостовой конфигурации». В 1994 году испытания Х-31А предусматривали полеты с постепенным уменьшением доли вертикального оперения в процессе пилотирования самолета для оценки его управляемости вообще без участия вертикального оперения. Уменьшение площади вертикального оперения самолета-истребителя обещало улучшить боевую эффективность самолета благодаря снижению его лобового сопротивления, массы и радиолокационной заметности. По словам летчика-испытателя, «киль практически бесполезен на углах атаки выше 40°, а эффективность руля направления резко снижается на угле атаки выше 45°». В 1994 году создатели Х-31 получили премию Американского института аэронавтики и астронавтики за оригинальную концепцию самолета, приведшую к достижению прорыва в летно-технических характеристиках. В январе 1995 года, после завершения полного цикла испытаний и исследований, для которых создавался Х-31, финансирование программы было свернуто. А 19 января один из двух самолетов был потерян. После обледенения приемного отверстия штанги ПВД ЭДСУ самолета стала генерировать неправильные сигналы управления, что привело к потере контроля над самолетом. Летчик был вынужден катапультироваться. В мае того же года уцелевший Х-31 демонстрировался на авиационной выставке в Ле-Бурже. По инициативе фирмы ДАСА, правопреемника одного из «родителей» Х-31, фирмы «МВВ», после прекращения финансирования основной программы с использованием этого самолета была начата программа разработки законов управления для ЭДСУ самолета «Еврофайтер» EF 2000 «Тайфун». Экспериментальный сверхманевренный самолет Х-31 был в дальнейшем также использован для демонстрации возможностей сопла с регулируемым вектором тяги на режимах взлета и посадки, в том числе и на виртуальную палубу авианосца, а также при атаке наземных целей в интересах программы создания ударного самолета нового поколения JAST (в настоящее время — JSF). Единственный сохранившийся экземпляр Х-31 простоял на консервации четыре года, но затем он был вновь восстановлен до летнопригодного состояния из-за возникновения интереса к этой, безусловно, незаурядной машине в связи с новым международным проектом. В начале 1999 г. «Даймлер-Бенц Аэроспейс/ DACA» (Германия) заявляли, что высокоманевренный экспериментальный самолет «Рокуэлл-ДАСА» Х-31 будет использован в интересах исследовательской программы ВЕКТОР. Шеф проекта Петер Хубер заявил, что программа ВЕКТОР была официально одобрена правительством Германии и на ее реализацию были выделены средства. Главный «игрок» американской команды, фирма «Боинг», была заинтересована в исследованиях самолетов схемы «утка» и «бесхвостка», лишенных вертикального оперения. Предполагалось, что в процессе программы ВЕКТОР площадь вертикального оперения самолета Х-31 будет уменьшена, а затем вертикальное оперение вообще будет упразднено. В сфере интересов немецкой стороны находилась в первую очередь проверка новой системы обработки летных данных для высокоманевренного самолета. Фирма «ДАСА» провела серию продувок моделей в рамках программы ВЕКТОР. Основной целью германской части программы являлась разработка «гладких» датчиков получения информации о режиме полета, в том числе и на постсрывном режиме, не портящих аэродинамику ЛА, вообще без механических компонентов. К моменту начала этой программы единственный оставшийся в строю самолет Х-31 отработал только половину ресурса своего планера. Уже в процессе реализации программы ВЕКТОР ею заинтересовались шведы. Шведская сторона остро нуждалась в данных по разработке и испытаниям осе-симметричной системы управления вектором тяги для двигателя «Вольво Флугмо-тор» RM12 для истребителя «Грипен», разработанного на основе ТРДДФ F-404, установленного на самолете Х-31. Эта система конструктивно имеет много общего с системой управления вектором тяги двигателей, успешно опробованной на российских истребителях Су-30 и Су-37. Американские и германские участники программы начали в августе-сентябре 1999 года оказывать давление на своих шведских коллег в связи с отсутствием решения об испытании на самолете шведского двигателя с управляемым вектором тяги. Эти испытания входили во вторую ступень программы Х-31, финансируемую тремя странами в равных пропорциях. Швеция не внесла свою долю изза серьезного урезания военного бюджета, в котором не предусматривалось финансирования некоторых экспериментальных программ, в частности программы ВЕКТОР. Работы по созданию осесимметричного сопла для двигателя с УВТ велись и в Испании на двигателе-строительной фирме «ITP». Эта фирма в настоящее время уже провела стендовые испытания своего сопла, установив его на ТРДДФ «Евроджет» EJ200. Для проведения летных испытаний фирме ITP необходим самолет — ЛЛ, в качестве которого можно использовать и Х-31. В случае отказа Швеции от участия в программе США и Германия продолжат ее вдвоем, причем на самолете сохранится система управления вектором тяги с тремя щитками — дефлекторами реактивной струи. Позже Испания может присоединиться к программе. Полеты по второй стадии программы намечались на первую половину 2000 года. Несмотря на то, что Х-31 оснащен ТРДДФ «Дженерал Электрик» F-404, а испанское сопло рассчитано под другую двигательную установку, представители фирмы ITP заявляют, что его можно адаптировать и к американскому двигателю. Предполагается, что это сопло будет применено на самолетах фирмы «Еврофайтер» «Тайфун» и на проектируемом экспортном варианте самолета СААБ «Грипен», оснащенном ТРДДФ EJ200. В последнем случае между фирмами «ITP» и «Дженерал Электрик» возможен конфликт, так как последняя усиленно лоббирует свое отклоняемое сопло AVEN для установки на «Грипене».