книги из ГПНТБ / Динамика полета и конструкция крылатых летательных аппаратов

их количества. Существенное снижение времени, необходимого для изготовления КЛА, достигается путем обеспечения удобных подхо­ дов с инструментом к местам стыковки соединяемых частей и дета­ лей аппарата.

Долговечность деталей не только повышает экономичность са­ молета, но и его безопасность. Достигается долговечность уменьше­ нием износа трущихся поверхностей (обеспечивая их смазку и не­ загрязненность), недопущением люфтов в узловых соединениях, за­

Комфортабельность достигается оборудованием самолета удоб­ ными сидениями, вентиляцией кабин, отоплением или охлаждением, звукоизоляцией (для возможности приеме радиопередач); поддер­ жанием нужного давления воздуха и содержания в нем кислорода с подъемом на высоту (герметические кабины); увлажнением воз­ духа, поступающего в герметические кабины при полетах в страто­ сфере.

Для повышения комфортабельности желательны мероприятия по поглощению вибраций, сглаживающих тряску, а также освеще­ ние кабин при ночных полетах (освещение общее и местное). Необ­ ходимы мероприятия по предупреждению ослепления экипажа лу­ чами солнца или прожекторов, а также пламенем при стрельбе ночью из бортовых пушек. При длительных полетах необходимы туалетные устройства и койки для отдыха. Снижения утомляемости экипажа можно достигнуть осуществлением рациональной формы командных рычагов, кнопок и рукояток управления, их соответ­ ствующим размещением, введением в управление бустерных меха­ низмов, автопилотов и т. д.

§ 1.3. ПРОТИВОРЕЧИВОСТЬ КОНСТРУКТИВНЫХ м е р о п р и я т и й ПО УДОВЛЕТВОРЕНИЮ ОБЩИХ ТРЕБОВАНИЙ К КРЫЛАТЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТАМ

Анализ конструктивных мероприятий, необходимых для удов­ летворения предъявляемых к КЛА требований, свидетельствует об их противоречивости. Например, для повышения безопасности по-, лета желательна большая прочность частей самолета. Однако по­ вышение прочности самолета, при прочих равных условиях, .неиз­ бежно приводит к увеличению его веса (на каждом данном этапе развития самолетостроения), что снижает экономичность самолета, так как увеличение веса конструкции приводит к необходимости со­ ответствующего уменьшения грузоподъемности. В противном слу­ чае, т. е. при увеличении веса самолета, ухудшится его взлетные данные, скороподъемность, потолок.

Второй пример. Требование возможно больших скоростей полета находится в противоречии с экономичностью КЛА. Так как мощ-

390

»

ность, потребная для совершения полета, при прочих равных усло­ виях, пропорциональна кубу скорости, то увеличение скорости при­ водит к резкому возрастанию мощности силовых установок, их ве­ са, габаритов, количества топлива, а следовательно, к снижению боевой или коммерческой нагрузки, к увеличению стоимости двига­ теля, силовой установки и эксплуатационных расходов.

Увеличение скорости полета самолета можно получить, улучшив его аэродинамику, например осуществляя убирающееся в полете шасси, высокую степень гладкости внешних поверхностей и приме­ няя крылья и оперения с профилями малой относительной толщи­ ны. Однако подобные конструктивные мероприятия, повышающие скорость полета самолета, одновременно увеличивают его вес, ус­ ложняют его изготовление и затрудняют техническое обслуживание.

Наконец, для увеличения скорости полета, как это видно из формул (1.1), в ряде случаев желательно уменьшение площади крыльев:

С другой стороны, для повышения безопасности полета же­ лательно иметь посадочные'скорости самолета возможно мень­ шими, а для этого, при прочих равных условиях, требуется уве­ личение площади крыльев, как это видно из формулы

( и >

Таким образом, с одной стороны, желательно уменьшение площади крыльев (для увеличения Утол), е другой стороны, на­ оборот, желательно увеличение площади крыльев самолета (для снижения Vnoc). Подобные глубокие противоречия не позволяют создать летательный аппарат, одновременно обладающий всеми желательными свойствами.

§ 1.4. ОСНОВНЫЕ ПУТИ ПРЕОДОЛЕНИЯ ПРОТИВОРЕЧИЙ СОВРЕМЕННОГО САМОЛЕТОСТРОЕНИЯ

вую войну, когда самолеты подразделялись на разведчики, истре­ бители и бомбардировщики (фит. 1.1, 1.2, 1.3). Такая специализа­ ция самолетов позволила из всехмногочисленных требований, предъявляемых к ним, выделить наиболее существенные для са­ молета данного назначения и более полно удовлетворить их в той или иной конструкции самолета.

Так, главнейшими требованиями для самолета-истребителя яв­ ляются: возможно большие скорости полета, мощное наступатель­ ное вооружение, высокая маневренность. Время и дальность поле­

391

щееся шасси, взлетно-посадочная механизация крыла, аэродинами­ ческие тормоза' и т. д.

Применение подобных конструкций, «приспосабливающихся»' к изменяющимся условиям полета, намного повышает летно-тактиче­ ские свойства КЛА за счет некоторого их удорожания, усложнения технического обслуживания и конструкции.

Третий путь — это д а л ь н е й ш е е р а з в и т и е о т р а с л е й н а у к и и т е х н и к и , и м е ю щ и х о т н о ш е н и е к а в и а - ц и и. КЛА и их эксплуатация существенным образом могут быть улучшены открытием раньше не известных законов природы, уточ­ нением и углублением прежних знаний в различных областях нау­ ки и техники. Например, аэродинамики находят новые, более совер­ шенные внешние формы летательных аппаратов, приводящие к сни­ жению вредного аэродинамического сопротивления. Изыскиваются новые, более эффективные средства, повышающие несущую спо­ собность крыльев, и т. д.

Металлурги создают новые сплавы, обладающие большей меха­ нической прочностью при том же удельном весе. Примером тому служит дюралюминий, имеющий прочность углеродистой стали и в два с половиной раза легче по удельному весу.

Химики в последние годы создали новые сорта топлива с повы­ шенной теплотворной способностью, что позволяет существенным образом увеличить дальность полета.

Уместно отметить, что особо большое значение в улучшении летно-технических свойств КЛА является прогресс в авиадвигателестроении. Снижение размеров и удельного веса двигателя, удель­ ного расхода топлива радикальным образом сказывается на улуч­ шении летно-технических свойств летательных.аппаратов.

\

§ 1.5. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КРЫЛАТЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ

АППАРАТАМ

Дифференциация самолетов, а затем и беспилотных крылатых летательных аппаратов по назначению, как очевидно, привела к специализации требований в зависимости от назначения и условий будущей эксплуатации КЛА.

Поэтому, кроме общих качественных требований, ко всем КЛА предъявляются еще специальные количественные требования, кон­ кретизирующие величины требуемых: максимальной, посадочной и минимальной скоростей полета, скороподъемности, потолка, даль­ ности, показателей маневренности, степени устойчивости, управляе­ мости, проходимости по земле, численное значение углов обзора, об­ стрела, тип, количество и боезапас стрелкового и бомбардировоч­ ного вооружения, тип и количество оборудования самолета и целый ряд других требований, исходя из назначения аппарата и реальных технических возможностей, обусловливаемых достигнутым уровнем развития авиационной науки и техники.

395

§ 1.6. КЛАССИФИКАЦИЯ КРЫЛАТЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ПО РАЗЛИЧНЫМ ПРИЗНАКАМ И ИХ КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

К кощу второй мировой войны боевые крылатые летательные аппараты подразделялись на две основные группы — на пилотируе­ мые летательные аппараты, или самолеты, и на беспилотные, по­ лучившие название самолеты-снаряды, или крылатые ракеты.

Основные типы боевых самолетов по назначению и их краткая качественная характеристика были изложены в § 1.4 .настоящей главы. Классификация и краткая характеристика беспилотных КЛА приведены в главе II.

В добавление к этим характеристикам самолетов по назначению следует отметить, что существует множество классификационных схем по конструктивным признакам, например по типу и числу дви­ гателей, по числу и размещению несущих, стабилизирующих и ру­ левых поверхностей и т. д. Однако такие классификации по кон­ структивным признакам принципиального значения не имеют, поуэтому специально не рассматриваются, а в случае необходимости затронуты в последующих главах.

Здесь уместно отметить лишь классификацию КЛА по основно­ му материалу и взлетно-посадочным органам.

Примерно до 30-х годов основным материалом самолетов была древесина — сосна, спрусс (американская ель), береза в виде пе­ реклейки, ясень. Причиной тому были: высокая удельная прочность древесины и легкость ее механической обработки, не требовавшей сложного заводского оборудования. Однако небольшая долговеч­ ность древесины и малая боевая живучесть деревянных самолетов заставили отказаться от подобного материала и перейти к смешан­ ным, а затем цельнометаллическим конструкциям, основным мате­ риалом которых является дюраль. Этот материал позволяет массо­ вое изготовление взаимозаменяемых Деталей с точными размерами, чего не допускала древесина. Кроме того, дюраль обеспечивает до­ статочную прочность и долговечность КЛА со скоростями полета, соответствующими до числа М = 2 -г- 2,5.

При дальнейшем увеличении скорости при полетах в воздухе неизбежен переход к конструкциям из титана и специальных ста­ лей, так как эти металлы обладают большей удельной прочностью при нагреве, чем дюраль. Последний теряет свою ' механическую прочность уже при 160—200 °С и расплавляется при 800 °С. Титан сохраняет удовлетворительную прочность до 500 °С, а специальные сорта стали — до 600—800 °С.

По типу посадочных органов самолеты подразделяются на сухо­ путные, гидросамолеты и на самолеты-амфибии, которые могут взлетать и совершать посадку как на земную, так и на водную по­ верхность.

До настоящего времени наибольшее распространение в авиации имеют сухопутные самолеты, так как их летно-технические данные

3 9 6

всегда были существенно лучше, чем у гидросамолетов и особенно амфибий.

В военно-морских силах большое распространение получили па­ лубные самолеты, 'базирующиеся на авианосцах. Они осущест­ вляются со складными крыльями и приспособлены к взлету с па­ лубы авианосцев с помощью катапульты, а при посадке, для умень­ шения пробега, тормозятся с. помощью специального крюка палуб­ ного 'аэрофинишера.

Большинство беспилотных КЛА одноразового действия осущест­ вляются с точечным взлетом с особых стартовых устройств.

Такие же возможности взлета имеются и у ряда пилотируемых истребителей. '

ГЛАВА II

ПРИЧИНЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ В СОВРЕМЕННОЙ АВИАЦИИ БЕСПИЛОТНОГО РЕАКТИВНОГО ОРУЖИЯ. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НЕМУ, И КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПО РАЗЛИЧНЫМ ПРИЗНАКАМ

§ 2.1. ПРИЧИНЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ В СОВРЕМЕННОЙ АВИАЦИИ РЕАКТИВНОГО ОРУЖИЯ

Причины распространения в современной авиации беспилотного реактивного оружия могут быть выяснены только путем анализа ос­ новных свойств боевых летательных аппаратов и их оружия. По­ этому вначале проанализируем их достоинства и недостатки.

Одним из главнейших требований, предъявляемых к боевым КЛА, является достижение возможно больших скоростей полета, ибо преимущество в скорости обеспечивает:

— инициативу боя, позволяя истребителю догнать противника, навязать ему бой, а в случае необходимости оторваться от. него и уйти;

—внезапность нападения, что позволяет нанести большой урон противнику, неуспевающему подготовиться к обороне;

—(большую неуязвимость КЛА, так как быстролетящий аппа­

рат труднее сбить огнем зенитной артиллерии или в воздушном бою;

— быстроту выполнения того или иного боевого задания, на­ пример разведку, что очень важно в условиях современной войны; Наконец, большие скорости полета обеспечивают большой запас кинетической энергии самолета, который может быть использован летчиком при совершении различных маневров, например дополни­

тельного набора высоты и т. д.

397

Однако повышение скорости полета самолетов сопровождается и многими отрицательными факторами. Перечислим важнейшие из

них.

Возрастание скоростей полета самолетов привело к скоротеч­ ности воздушного боя. Современный истребитель может осущест­ вить только одну-две атаки на летящий бомбардировщик. Следова­ тельно, поразить бомбардировщика необходимо с .первой атаки, а для этого, очевидно, требуется большая разрушительная сила сна­ ряда и точное его наведение.

Возрастание скоростей самолетов сузило область благоприят­ ных атак, что опять-таки может быть скомпенсировано увеличением разрушительной силы снарядов и повышением точности их наведе­ ния.

Увеличение высоты полета самолетов резко снижает и/ ма­ невренность, что также приводит к скоротечности боя и необходи­ мости поражения противника с первой атаки.

Повышение живучести самолетов (благодаря применению металлических конструкций взамен деревянных и бронированию жизненно важных частей самолета) также требует применения ору­ жия крупного калибра,-

Рост мощности оборонительного огня бомбардировщиков и его концентрация в любых направлениях также затрудняют атаки истребителей, так как при этом требуется открытие огня е больших дистанций, что в свою очередь .приводит к необходимости повыше­ ния мощности стрелкового оружия истребителя.

Благодаря вышеуказанным факторам оружие малых калибров становится неэффективным, а установка пушек крупного калибра приводит к .резкому увеличению веса оружия, его габаритов и не­ допустимо большой величине сил отдачи при стрельбе, доходящей до нескольких тонн.

Подобных недостатков нет у реактивного оружия, имеющего^ следующие достоинства:

— .реактивные авиационные снаряды (PC) обладают более вы­ соким разрушающим действием, чем снаряды пушек. Это обуслов­ ливается большим относительным весом боевого заряда PC и воз­ можностью установки на самолете PC большего калибра, чем у пу­

шек;

— меньшие ускорения при запуске позволяют применять в ре­ активных снарядах более эффективные взрывчатые вещества, не­ пригодные для пушечных снарядов, и более чувствительные взры­

ватели;

— PC обладают малой силой отдачи, что обусловливает мень­ шее нарушение устойчивости самолета, чем при стрельбе из пушек;

— небольшой вес установок; х

— большие скорости движения.

К недостаткам неуправляемых реактивных снарядов в первую очередь необходимо отнести следующее.

398

Реактивные снаряды дают большое рассеивание при стрельбе, как боковое, так и по дальности, объясняемое, во-первых, неравно* мерностью сгорания порохового заряда и химико-механическими явлениями, происходящими при истечении пазов через сопла, что ■приводит к заметным колебаниям струи газов, дестабилизирующих полет снаряда, вызывая его отклонение от заданной траектории. Во-вторых, прежние PC имели взрыватели в виде дистанционных трубок, устанавливаемых на земле, а определение расстояния до цели производилось летчиком на глаз, что приводило к большому

распространения этого оружия в авиации, да и в сухопутных вой-

сках, хотя применение ракет в военном деле было осуществлено ки­ тайцами еще в 1232 г. (фиг. 2.1) при битвах с монголами, и индуса­ ми —-в 1799 г. против англичан, которые в свою очередь сожгли в 1807 г. датский город Копенгаген, выпустив против пего до 40 ты­ сяч зажигательных ракет весом от 5 до 20 кг.

На самолетах ракетное оружие впервые в мире было установ­ лено в СССР в 1937 г. на истребителе И-5, вооруженном PC калиб­ ра 132 мм, а первое боевое применение осуществлено в 1939 г. на Халхин-Голе, пде было сбито 17 японских самолетов, летевших плотным строем. При этом было выпущено 413 PC калибра 82 m l (фиг. 2.2) с дистанцией 600—800 м. Рассеивание составило 30—

60 м, т. е. было очень большим.

Таким образом, прежние неуправляемые реактивные снаряды имело смысл применять только по площадным целям, как воздуш­ ным, так и наземным, а не по одиночным самолетам или танкам, как пытались это сделать во время второй мировой войны.

Положение коренным образом изменилось с изобретением ди­ станционного радиовзрывателя, созданием автопилота и освоением различных способов управления и самонаведения реактивных сна­ рядов. Эти крупные изобретения существенным образом изменили вопрос об использовании реактивного вооружения и привели к соз-

399