Су-34 против F-15E. Аэродинамическое и конструктивное совершенство. Противники в полете

Об этом мы сейчас и поговорим, сравнивая основные тактические бомбардировщики и многоцелевые боевые самолеты России и США Сухой Су-34 и МакДоннелл-Дуглас / Боинг F-15E «Страйк Игл».

  

Размеры и вес

 

Ударный и многоцелевой Су-34 вырос в размерах по сравнению с исходным прототипом Су-27УБ, который изначально был крупнее F-15D и соответственно «Страйк Игла». Для «тридцатьчетверки» это и плохо, и хорошо. Например, большая площадь крыла и общей плановой проекции – это больше веса конструкции и места на стоянке, больше поражаемой поверхности и ЭПР (эффективная площадь рассеивания сигнала радара, впрочем, она сильнее зависит от свойств и формы отражаемой поверхности, чем от ее размера). Но с другой стороны это же может обратиться в добавку подъемной силы (особенно в условиях развития срыва потока на маневрах с большими перегрузками и углами атаки), а чем больше размер агрегата, тем лучше он выдерживает единичные или немногочисленные боевые повреждения.

При прочих равных снижение миделя дает рост скорости, разгонных качеств и дальности. Меньше он у F-15E, но примитивная форма планера не позволяет обратить 11% такого преимущества в соответствующий прирост летных данных – выигрывает интегральная компоновка с уплощенным в носу вырожденным фюзеляжем Су-34. Больший его полный объем с одной стороны это высокое сопротивление трения (но и здесь есть еще и фактор формы, а она у российского самолета лучше), но и дополнительное место для топлива и оборудования.

 

Американский F-15E имеет существенное, почти на 17%, преимущество в площади поперечных сечений двигателей, лишь незначительно уступая Су-34 в их тяге. В том числе и из-за этого он выигрывает в миделе, но российский самолет на те же 17% превосходит противника в объеме внутренних баков.

 

«Страйк Игл» значительно легче Су-34 и пустой, и на взлете с указанными вариантами загрузки, и боевые веса с 75% и 50% топлива у него тоже меньше. При этом запас топлива американца в варианте удара по наземной цели больше, чем у Су-34, а во втором варианте задания – наоборот, но о том, как это отражается на дальности, мы скажем позже. Стоит отметить, что российский самолет среди прочих средств повышения живучести защищают 748 кг брони, чего на F-15E нет, а малокалиберные боеприпасы и осколки, как показывает опыт «малых войн» последних двух десятков лет, остаются для таких самолетов в числе наиболее опасных факторов поражения.

Вес полной нагрузки (разница между массой самолета пустого и на взлете) у Су-34 лучше в обоих вариантах задания, но по весовой отдаче, отношению этой величины к взлетному весу, он имеет преимущество только в первом.

 

Таблица 2

 Аэродинамическое и конструктивное совершенство

 

Как мы уже говорили, F-15E имеет, на первый взгляд, обычную компоновку, которая была характерна еще для сверхзвуковых истребителей II поколения разработки конца 1950-х гг., например, F-4 «Фантом» той же фирмы MDD. Но вместо интегрального правила площадей конструкторы «Игла» ориентировались на дифференциальное, когда оптимизация полных сечений самолета по длине для получения наибольшего аэродинамического качества идет за счет разницы их площади над и под плоскостью крыла. Ко всему прочему, это позволяет не делать неудобную для компоновки и сложную в производстве «талию» на фюзеляже. Менее заметно, что профили крыла и оперения другие – рассчитанные не на минимальное сопротивление и предельные скорости, а на максимальное качество, крейсерский полет и маневренный воздушный бой. Но главное – он, как и все истребители IV поколения, имеет пониженную статическую устойчивость и искусственную устойчивость динамическую, поддерживаемую компьютером бортовой САУ  в зависимости от режима полета.

Статически неустойчивые самолеты в сравнении с обычными имеют меньшее аэродинамическое сопротивление и большее отношение подъемной силы к единице несущей поверхности, чем обычные, что дает преимущества в дальности и крейсерской скорости, а также при выполнении маневров. Степень статической неустойчивости определяется взаимным расположением центра масс и места приложения равнодействующей аэродинамических сил, обычно совпадающей с «фокусом» самолета. Это величина переменная и зависит не только от заправки и загрузки машины, но и от полетных параметров – числа Маха, углов атаки и скольжения. Для самолета, называемого статически неустойчивым, на каких-то режимах полета она может быть нейтральной (центр масс и фокус совпадают или близки) и даже положительной, и в некоторых случаях это тоже нужно, и чтобы так было тогда, когда это надо, степенью статической устойчивости надо управлять.

 

Делается это отклонением поверхностей управления – в случае с каналом тангажа, продольного, т.е. горизонтального оперения. Когда летчик задает траекторию полета, отклоняя ручку, компьютер бортовой системы электро-дистанционного управления (в СССР и России применяется упрощенное обозначение СДУ, а на Западе моден термин “fly by wire” – «полет по проводам», т.к. они, а не тяги и тросы передают управляющие сигналы) вносит свои поправки. Он добивается нужной степени величины управляющего момента и устойчивости. При этом ПО подстраивает скорость перекладки руля под число М и «отфильтровывает» случайные воздействия – колебания самого самолета, кинематики механических частей управления и кратковременные порывы воздуха.

Можно предположить, что благодаря форме носовой части, фюзеляжа в целом и развитому корневому наплыву крыла степень статической неустойчивости у Су-34 на одинаковых режимах полета больше, чем у F-15E, но у него есть еще и ПГО. Оно не только увеличивает этот важный параметр, но и позволяет более эффективно управлять им. Задавая нейтральное положение дестабилизатора, система позволяет получать наилучшие качества самолета на каждом режиме полета.

 

Кроме того, при маневрировании ПГО создает дополнительные аэродинамические силы и управляющие моменты. Это важно и в бою, и на взлете или посадке. Американцы экспериментировали с ПГО на летающей лаборатории NF-15 S/MTD, но безуспешно, в Советском Союзе работы эти пошли более удачно и сейчас оно применяется на целом ряде самолетов Сухого.

 

Но как влияют различия в размерах, весе, компоновке и тяге двигателей на летные свойства самолетов? Для оценки этого конструктор использует критерии, основанные на соотношениях указанных величин.

 

Сравнительно «легкий и маленький» F-15E выигрывает у Су-34 по комплексному конструктивному критерию совершенства (отношение тяговооруженности к весу пустого самолета), коэффициенту удельного веса конструкции (вес пустого к площади плановой проекции), но уступает по критерию энергетики – отношению тяги двигателей к миделю.

 

Коэффициент плотности конструкции, или отношение веса пустого самолета и объема планера, больше у Су-34. С одной стороны это свидетельствует об «экономности» прочнистов и компоновщиков, которые смогли «запаковать» все силовые элементы, системы, больше топлива и оборудования в минимальный объем, но некоторые эксперты утверждают, что из-за этого у Су-34 ниже живучесть. Они ссылаются на недостатки самолетов «Торнадо», но у тех еще более плотная компоновка, двигатели разделены лишь противопожарной перегородкой, которая воспринимает и значительную часть нагрузок, действующих на фюзеляж. И если эта перегородка пожара не выдерживает (а чаще всего она не может его остановить, лишь замедляя распространение), то весь планер быстро разрушается, а ведь так сделано и на F-15E.

Отношение взлетного веса и объема планера или коэффициент плотности загруженного самолета опять же выше у «Сушки», но по пропорции веса пустого и полезной нагрузки Су-34 выигрывает только в смешанном варианте, а в ударном уступает F-15E. «Страйк Игл» впереди по компоновочному коэффициенту заправки, который находят делением веса топлива во внутренних баках на вес пустого самолета.

 

При том, что Су-34 крупнее противника, у него лучше геометрический критерий отношения площадей миделя и плановой проекции. Это в значительной мере уравновешивает потери от больших размеров и худшей тяговооруженности. Отношение площади сечения двигателей к миделю, определяющее уменьшение полного сопротивления самолета за счет работы силовой установки и тока воздуха в ней, лучше у Су-34, и тоже «играет в эту сторону».

 

Наконец, компоновочный критерий отношения объема внутренних баков к полному объему планера лучше у F-15E, но лишь на символический 1% при меньшей общей заправке.

 

Таблица 3

 

Как мы видим, с точки зрения аэродинамики и конструкции в чем-то лучше Су-34, но в другом – его противник. Какой критерий «важнее» зависит от того, что мы сравниваем.

 

Например, стоимость самолета. Казалось бы, чем от больше, тем дороже, потому что на производство идет больше материалов, их надо обработать, поставить больше оборудования, которое все дорожает, его надо сконфигурировать наладить. Но есть еще и фактор оплаты труда. Авиапромышленность в США не самое выгодное место трудоустройства, но что говорить о российских реалиях?

Цена одного F-15E в 1998 г. была 31,1 млн. долл., а в 2006 г. она достигла 108 миллионов – мы видим рост в 3,5 раза, при том что инфляционный коэффициент по потребительскому внутреннему курсу доллара в США за этот период составил лишь 1,23 раза, т.е. лишних 224% – это затраты на доработки и рост прибыли производителя. Причем это стоимость не нового самолета (последняя оплата закупок F-15E прошла по бюджету 2004 финансового года), а остаточная с учетом амортизации в среднем по парку и снижения как за счет серийности производства, так и постепенного износа самолетов. Цена одного нового Су-34 при поставке с завода на 2008 г. оценивалась в 36 млн. долл., или примерно 996 млн. руб. по курсу Центробанка РФ – ровно втрое меньше F-15E. Конечно, здесь «играет» и фактор зарплат, но и норма прибыли для поставщиков материалов, услуг, комплектующих и самолета в целом в США очевидно выше.

  

Противники в полете

 

Рассмотренные выше критерии самым непосредственным образом влияют на летные данные самолетов. Казалось бы, просто определять, к чему стремиться в каждом конкретном случае, какую их величину надо получить – где больше, а где меньше. Но они все связаны, и выигрывая в одном, можно проиграть в другом. Посмотрим, как отразилось полученное соотношение «плюсов и минусов» на летных данных противников в тех же вариантах загрузки и полетных заданий.

 

Сравнительно легкий и обладающий лишь чуть-чуть менее мощными двигателями F-15E значительно превосходит Су-34 по тяговооруженности и на взлете, и в полете с боевым весом, имеет лучше соотношения тяги к миделю и плановой проекции. Его отличают в основном меньшие удельные нагрузки на крыло, полную плановую проекцию и мидель. Но эти преимущества портит устаревшая аэродинамическая компоновка без интегрального сопряжения агрегатов. По оценкам экспертов без подвесок Су-34 по соотношению подъемной силы и полного сопротивления превосходит своего визави на 10%, что немало и дает существенный выигрыш в дальности и маневренности. Лучшая форма позволяет «тридцатьчетверке» при большем весе и худшей тяговооруженности иметь такую же, как у легкого F-15E маневренность. С рассмотренными  вариантами вооружения и заправки после сброса баков и выработки 50% общего запаса топлива, но с остающимся вооружением на подвеске они оба могут «крутить пилотаж» с перегрузками +9 / -3 и +7 / -2 соответственно.

Первый серийный F-15A в варианте «перехват и воздушный бой» с восемью ракетами воздух-воздух и без баков мог летать со скоростями до 2655 км/ч кратковременно на больших высотах (расчетная – 13716 м), что соответствует числу М=2,5. Но используемая в полетах действительно так называемая «базовая» скорость на этой высоте для него была лишь 2124 км/ч (М=2,0), а боевая на полном форсаже – до 1654 км/ч на эшелоне 3048 м или М=1,4. Величина скорости ограничивалась прочностью и жесткостью планера и вооружения на подвеске, устойчивостью работы воздухозаборников и двигателей, а также сохранением управляемости самолета. А чтобы летчик не вышел за пределы ограничений, в СДУ самолета включена подсистема, предупреждающая летчика о приближении к критическим режимам по числу М, скоростному напору, углу атаки, перегрузкам и режиму работы двигателей. Она блокирует его неправильные действия, которые могут привести к выходу на закритический режим.

 

Внедрение конформных баков CFT заставило ограничить предельную скорость и число М самолетов F-15C/D до 2041 км/ч (М=1,9), а боевую – до 1430 (М=1,21). Когда при проектировании «Страйк Игла» планер пересчитывали под увеличенные вес и сопротивление, скорости снова пришлось снизить, и предельная упала до 1900 км/ч (М=1,8). Российский Су-34 прошел тот же путь, и теперь максимальные скоростные качества противников равны. Но бомбардировщик чаще использует крейсерские режимы, а здесь у Су-34 преимущество в 11% по скорости и подлетному времени. 

 

Больший вес и объем баков дают «тридцатьчетверке» важнейшее преимущество в дальности полета и радиусе действия, по оценкам экспертов оно достигает очень большой величины – 1,43…2,15 раза в зависимости от загрузки, Су-34 это превосходство, заложенное еще в его прототип Су-27, не только сохранил, но и упрочил. Обращает на себя внимание очень большое преимущество Су-34 в топливной эффективности – по отношению веса керосина к произведению веса доставляемой боевой нагрузки и дальности полета.

 

В возможной неядерной войне для России это крайне важно с учетом того, что у нее и меньше ударных самолетов, и почти нет передовых баз и авианосцев, имеющихся в избытке у ее вероятного противника.

Однако вес и грузоподъемность самолета – это не только дальность. В конце концов, боевой самолет является платформой для вооружения. Хотя сейчас его точность существенно выросла по отношению к показателям конца первой холодной войны, однако опять же сокращение численности самолетов заставляет «грузить» каждый оставшийся все больше и больше. В следующей части статьи мы и поговорим об оружии противников в новом мировом противостоянии – самолетов МакДоннелл-Дуглас / Боинг F-15E «Страйк Игл» и Сухой Су-34.

 

Таблица 4

 

Продолжение следует