Рекорды сверхзвуковых самолетов

Мировые рекорды распространяются только на некоторые виды летных показателей, а именно: расстояние по прямой без прерывания полета, расстояние по замкнутому маршруту без прерывания полета, высоту полета, скорость полета по замкнутому маршруту, Скорость при полете на базе. К международным рекордам относятся лучшие результаты, получаемые в следующих видах полетов:
-расстояние в полете по прямой без прерывания полета;
-расстояние в полете по замкнутому маршруту без прерывания полета;
-высота полета без полезной нагрузки;
-высота полета с полезной нагрузкой 1000, 2000, 5000, 10000 кг (и далее через каждые 5000 кг);
-скорость полета на базе длиной 3 км при ограниченной высоте;
-скорость полета на базе 15-25 км при неограниченной (в принципе) высоте;
-скорость полета по замкнутому маршруту на расстояние 100, 500, 1000, 2000, 5000 и 10000 км без полезной нагрузки;
-скорость полета по замкнутому маршруту на расстояние 1000, 2000, 5000 и 10000 км с полезной нагрузкой 1000, 2000, 5000 кг и т.д.;
-скорость полета на известных трассах;
-скорость в полете вокруг света;
-время подъема на высоту 3000, 6000, 9000, 15000 и далее через каждые 5000 м.
Все без исключения самолеты, выдвигаемые на улучшение рекорда, должны соблюдать определенные условия, выполнение которых контролируется опломбированными бортовыми и наземными приборами. Самолеты, выдвигаемые на установление рекорда скорости, должны двукратно пролететь (в течение промежутка времени, не превышающего 0,5 ч, с целью исключения влияния изменения атмосферных уелоший) над базой, т.е. над определенным участком территории. В 20-х годах длина базы составляла 2 км. Позднее по мере роста скоростей появилась необходимость ее увеличения до 3 км (при высоте полета не более 75 м). Прогресс авиации после второй мировой войны привел к тому, что измерение максимальной скорости полета самолетов на такой малой высоте и короткой базе стало весьма затруднительным как по причине повышения опасности полетов, так н вследствие сложности определения истинной скорости. Кроме того, полеты на малых высотах не позволяют использовать всех скоростных преимуществ самолетов из-за высоких уровней аэродинамического сопротивления и нагрева на таких высотах. Поэтому в 1953 г. была введена дополнительная рекордная характеристика-скорость, достигаемая самолетом в полете на базе 15-25 км на определенной высоте. О важном значении длины базы для сверхзвуковых самолетов говорит тот факт, что рекорд скорости 1211 км/ч на базе 3 км, установленный в 1953 г. на сверхзвуковом самолете XF4D-I, был улучшен до 1452 км/ч только в 1961 г. самолетом F4H-1F, тогда как рекорд скорости на базе 15-25 км, принадлежавший самолету F-I06A, составлял 2455 км/ч и всего несколькими месяцами позже был улучшен до 2585 км/ч самолетом F4H-1F. В программе полета на установление рекорда скорости задается максимальная высота, позволяющая осуществлять контрольные измерения с земли. На конечных участках базы должны летать самолеты контрольной службы, наблюдающие за выполнением условий проведения таких полетов, например, не летит ли самолет с пикированием. Средняя скорость, определяемая из двух полетов над базой в противоположных направлениях (ввиду уменьшения массы самолета в процессе полета, возможного изменения атмосферных условий и других причин скорости полета в противоположных направлениях могут существенно различаться), представляет собой официальный результат. Согласно действующим предписаниям, самолет, выполняющий рекордный полет на базе, не может отклоняться от заданной траектории более чем на 2 км по горизонтали (т.е. от заданного направления) и не более чем на 100 м по вертикали (т.е. от принятой высоты полета). Именно из-за невыполнения этих требований в 1958 г. не был признан рекорд французского пилота Андрэ Тюрка, который достиг скорости 2330 км/ч. Установлению рекорда предшествует тщательная подготовка пилота и самого самолета; кроме того, разрабатывается тактика полета, производится расчет оптимальных параметров и т.д. В качестве примера, иллюстрирующего результаты такой подготовки, можно привести описание рекордного полета, который в 1959 г. был выполнен на самолете «Мираж» по замкнутой 100-километровой траектории, Подготовленный к полету самолет имел нормальную взлетную массу с полными топливными баками и снятым стартовым ракетным ускорителем. Взлет, разгон и достижение расчетной высоты, а также вираж с отходом на расстояние 75 км для выхода на трассу были произведены без включения форсажной камеры двигателя. Скорость самолета на вираже соответствовала 0,95 М. Затем был включен форсаж и в течение 3 мин на отрезке 80 км самолет был разогнан до скорости 2,06 М, Над измерительной базой самолет набрал высоту 11280 м, пролетел по прямой, сделал вираж с постоянной перегрузкой в 2,7 и закончил повторный контрольный полет над измерительной базой на высоте 11700 м со скоростью 2,1 М. Траектория полета проходила через 4 контрольных пункта, расположенных в виде ромба. На пунктах измерялись высота, координаты и время прохождения самолета. Замкнутую траекторию полета длиной 115 км самолет пролетел за 3,55 мин со средней скоростью 2050 км/ч, что для основной 100-километровой трассы составило рекордную скорость 1771 км/ч. Форма трассы обычно задается организатором полетов и может быть, например, треугольной, как это имело место при рекордном полете самолета «Гриффон» II. Количество видов рекордных показателей, регистрируемых ФА И, для всех летательных аппаратов превышает 100. Ниже (в таблице) представлены почти все виды показателен, по которым регистрируются рекордные результаты полетов сверхзвуковых самолетов. Представленный перечень не имеет официального характера, так как содержит также и те результаты, которые по техническим или формальным причинам не были признаны в качестве официальных рекордов ФАИ. Он является лишь иллюстрацией прогресса сверхзвуковой авиации и заинтересованности конструкторских бюро и авиационных предприятий в рекордных результатах как лучшей рекламе своих изделий. Список содержит 132 рекордных достижении (не включены рекорды околозвуковых самолетов «Джетстар» н XF4D-1; результаты, достигнутые последним самолетом, отнесены к сверхзвуковому самолету F5D-1, представляющему собой модернизированный вариант XF4D-I), полученные пилотами четырех стран (74-США, 45-СССР, 12-Фраиция, ^Великобритания) на 23 типах самолетов 13 авиационных фирм. Среди конструкторских бюро и авиационных фирм, выпускающих самолеты-рекордсмены, лидируют: КБ им, А. И, Микояна {37 рекордов), «Макдоннел» (25 рекордов), «Локхид» (27 рекордов). Среди типов самолетов настоящим рекордсменом следует считать самолет, представленный в перечне под обозначениями Е-266, Е-266М. На самолетал этого типа было установлено 25 рекордов, благодаря чему он превзошел по количеству рекордных достижений американские самолеты F-104 (17 рекордов) и F4H-1F (14 рекордов). Эти данные не только подтверждают ведущую роль СССР (12 женских и 10 мужских рекордов) и США (1 женский и 14 мужских) в развитии сверхзвуковой авиации, но и свидетельствует о характерной трактовке проблемы рекордных достижений за последние три десятилетия развития сверхзвуковой авиации. Из этого перечня следует, что рекорды были установлены на самолетах 23 типов (не считая модификаций), из которых 18 выпускались серийно, 3 остались на стадии прототипов н только 2 были построены как опытные. Такое положение дел указывает как на разумное распределение сил и средств, так и на принцип запуска в производство действительно лучших образцов самолетов. Следует, Однако, помнить, что авиарекорды могут иметь (и обычно имеют), помимо спортивных и пропагандистских, также торговый и военный аспекты. Рекордные самолеты должны утверждать мнение о превосходстве авиации данной страны над авиацией других стран или вызывать интерес потенциальных покупателей к приобретению лучших на данный момент самолетов. Кроме того, рекордные достижения отражают состояние мировой авиации как определенной отрасли техники. Представленный перечень не охватывает рекордных данных по скорости при полетах на признанных пассажирских трассах. Одним из такого рода рекордов, утвержденным ФА И, был перелет самолета В-58 А по трассе Токио-Лондон протяженностью 12919 км. Самолет преодолел это расстояние за 8 ч 35 мин со средней скоростью 1509 км/ч. Этот перелет представляет собой характерный пример условий, в которых совершаются длительные полеты со сверхзвуковыми скоростями, а также их влияния на летные характеристики самолета. Рекордный полет был начат со скоростью 2,0 М. При этом температура обшивки самолета на некоторых участках достигала 300°С, что создавало помехи в работе навигационного оборудования. В связи с этим оказалось необходимым снижение скорости ДО 0t9 М и продолжение полета с этой скоростью в течение некоторого промежутка времени. После уменьшения скорости конструкция самолета остывала, н нормальная работа оборудования восстанавливалась, что позволяло снова увеличить скорость до 2,0 М, Полет проходил с таким периодическим изменением режимов на высотах 14 326-18288 м, причем на высокоскоростном режиме расход топлива составлял 22679-27215 кг/ч, а на низкоскоростном-4989-5443 кг/ч. Во время полета пятикратно осуществлялась дозаправка самолета топливом.

Стоимость и продолжительность разработки самолета

Когда в конце 40-х-начале 50-к годов на вооружение были приняты околозвуковые самолеты и были испытаны в полете первые сверхзвуковые самолеты, стало ясно» что улучшение характеристик новых самолетов связано с увеличением их полезной нагрузки габаритов и массы, усложнением их конструкции и оборудования. Это привело к такому росту стоимости разработки и эксплуатации самолетов, который поставил под сомнение целесообразность самостоятельной разработки самолетов и содержания: большого воздушного флота для стран со средним экономическим потенциалом. Именно сознание того, что стоимость наиболее современных самолетов начинает выходить за пределы финансовых возможностей большинства стран, легло в основу концепции легкою и дешевого сверхзвукового самолета. Первым самолетом, спроектированным с учетом этих соображений, был F-5 фирмы «Нортроп», Эта фирма в 1954 г. провела исследование стоимости разработки, строительства и эксплуатации американских истребителей так называемой 100-й серии с целью определения составляющих затрат, оказывающих наибольшее влияние на стоимость модернизации военно-воздушного флота. Для облегчения анализа издержки были разделены на три группы, охватывающие:
-затраты на научные и опытно-конструкторские исследования, связанные с разработкой и производством опытного экземпляра, его летными испытаниями и доработкой перед началом серийного производства ;
-затраты на подготовку серийного производства и изготовление самолета;
-затраты на эксплуатацию, обслуживание и ремонт.
Анализ результатов исследования показал, что затраты третьей группы всегда выше других; одновременно они пропорциональны степени сложности конструкции и оборудования:. Дополнительные исследования потенциальных потребностей военной и гражданской авиации привели к концепции многоцелевого самолета, который при уменьшенных габаритах и массе с максимально простой конструкцией (и, следовательно, простыми эксплуатацией и обслуживанием) сохранял бы характеристики, соответствующие требованиям, предъявляемым к самолетам данного класса.
В результате такого подхода F-5 стал наиболее дешевым западным сверхзвуковым самолетом как в отношении цены, так и с точки зрения стоимости эксплуатации. Подобная цель ставилась также фирмой «Дассо», которая благодаря модификации самолета «Мираж» ШЕ смогла разработать менее сложный «Мираж» 5. В настоящее время проблема затрат на авиацию является еще более острой, и ее с уверенностью можно считать наиболее существенным фактором, влияющим на дальнейшее развитие самолетостроения. В связи с этим рассмотрим вопросы стоимости несколько более подробно. Известно, что развитие авиационной техники стимулируется стремлением государства иметь самолеты с наилучшими техническими характеристиками. Такие характеристики самолетов, особенно сверхзвуковых, могут быть достигнуты лишь в результате поиска и применения новых эффективных аэродинамических и конструктивных решений, усовершенствования двигательных установок, оборудования систем навигации и управления, более эффективного бронирования и вооружения, менее сложного обслуживания и эксплуатации, надежных устройств аэродромного оборудования и т.д. Это ведет к появлению все более сложных конструкций, которые требуют не только выполнения большого объема разработок и исследований, но также тщательной подготовки и проведения технологического процесса изготовления. Первое приводит к возрастанию трудозатрат и издержек на разработку проекта, второе-к необходимости непрерывной модернизации производственного оборудования и измерительных устройств в промышленности, улучшению технологии и организации производства. Указанные факторы неизбежно приводят к увеличению продолжительности и стоимости разработки и в конечном счете к увеличению цены самолета, стоимостей эксплуатации, обслуживания и ремонта, обучения летного и наземного персонала, строительства аэродромов и создания комплекса вспомогательных служб. О динамике роста капиталовложений, необходимых для создания самолета, ярко свидетельствует тот факт, что в 1907 г. Орвилл Райт получил от правительства США 25000 долл. на реализацию своего изобретения, тогда как ожидаемая стоимость разработки проекта и строительства четырех экземпляров сверхзвукового бомбардировщика изменяемой геометрии В-1 (первый полет совершен в 1974 г.), предназначаемого для стратегической авиации США, должна составить 1930000000 долл. Среди специалистов распространено мнение, что технологические барьеры в авиационной промышленности в настоящее время уже преодолены, благодаря чему на современном этапе развития авиации возможно строительство самолетов с гиперзвуковыми скоростями полета М = 6 -15, Однако строительство таких самолетов в обозримом будущем является маловероятным, поскольку оно связано с резким повышением стоимости разработки, строительства и эксплуатации таких самолетов. Ниже представлены некоторые данные по стоимости самолетов, но их следует считать лишь ориентировочными, поскольку данные такого рода представляют обычно либо государственную, либо коммерческую тайну. Часто действительные затраты определить затруднительно, поскольку финансирование научно-исследовательских, опытно-конструкторских и производственных работ обычно ведется по различным каналам. Тем не менее можно считать, что приведенные данные верно отражают общую тенденцию и с этой точки зрения имеют познавательное значение. Анализ составляющих стоимости, определяющих цену самолетов, обычно ведется по отдельности для трех этапов создания самолета. Таким образом, затраты можно разделить на три группы. К первой группе относят затраты, связанные с разработкой нового-самолета, т.е. стоимость исследовательских, проектных и опытных работ и соответствующего оборудования, стоимость строительства опытных экземпляров для проведения прочностных и летных испытаний. Ко второй группе относятся расходы на подготовку серийного производства, т.е. затраты на создание новой технологии, проектирование и изготовление оснастки, разработку технологической документации, модернизацию производственного оборудования. Третья группа охватывает затраты, связанные с материально-техническим снабжением (затраты на материалы, сырье и покупные изделия-двигатели, оборудование и вооружение). К этой группе также относятся издержки на исследования новых материалов и рабочую силу. Затраты первой группы не зависят от масштабов производства, т.е. от того, будет построен только один опытный образец или несколько тысяч самолетов. Естественно, что после запуска самолета в серийное производство эти издержки распределяются равномерно на все построенные самолеты, благодаря чему в условиях крупносерийного производства цена самолета всегда меньше. Действительные затраты на разработку указанных в ней самолетов разительно отличаются от запланированных. К причинам возникновения этих расхождений могут быть отнесены: изменения конструкции самолета в период проектирования и строительства опытного экземпляра с требованиями, выдвигаемыми заказчиком и ожидаемыми будущими покупателями, имеющими собственные идеи использования самолета; удлинение периода н расширение исследовательских работ, оказавшихся необходимыми для достижения требуемых характеристик самолета; предварительное занижение сметной стоимости в процессе поиска заказчика; возрастание издержек на материалы и рабочую силу. В случае серийного производства значительный роет цены самолета в сравнении с запланированной (примеры этого приведены во второй части книги, содержащей описание конкретных сверхзвуковых самолетов) связан также с модернизацией машинного парка и организацией производства, изменением технологии во время изготовления опытного образца, принятием неотработанной технологии и т.п. Рост стоимости и удлинение периода разработки, как и налаживания серийного производства, отражаются на постоянном увеличении стоимости самолетов. За основу для сравнения приняты самолеты P-51D и В-29 с винтомоторной силовой установкой и околозвуковые реактивные F-86D и В-47Е. Расходы на двигательную установку, оборудование и вооружение зависят как от состояния развития техники. Двадцать лет тому назад расходы на изготовление планера и двигательную установку составляли SO-90% общей стоимости самолета (исключением является величина 92% в случае самолета B-5SA, что объясняется повышенными затратами на аэродинамические и прочностные исследования, освоение технологии склеивания и т. п.), которые в настоящее время уменьшились до 40-50%, с одной стороны, благодаря решению технологических и материаловедческих проблем, а также вследствие применения более сложного и дорогого электронного оборудования-с другой. Это в первую очередь относится к самолетам, оборудованным для выполнения разведывательных полетов. Другой характерной чертой процесса создания современных сверхзвуковых самолетов, является увеличение периода разработки и внедрения в серийное: производство до 7-10 лет. Возрастание продолжительности разработок! так же как и увеличение расходов на создание самолета, несомненно, влияет на количество принимаемых к разработке проектов. Масштабы и темпы работ по созданию сверхзвуковых самолетов в различные периоды времени были различными и в значительной мере зависели от международной ситуации. Особенно высокий темп разработок, большое количество и разнообразие новых типов самолетов отмечались в период после корейской войны, т.е. в 50-е годы. В то же время 70-е годы характеризуются уменьшением количества реализуемых проектов, отказом от создания экспериментальных самолетов, высоким процентом машин, запущенных в серийное производство.