США, первый полет – 17.07.89 г.
Предварительные исследования
Малозаметный стратегический бомбардировщик. Исследования по созданию стратегического бомбардировщика, способного в одиночном полете преодолеть систему ПВО СССР, начались летом 1974 г. по инициативе Оборонного Научного Комитета (Defense Science Board, DSB) МО США.
В сентябре 1974 г. заместитель министра обороны по науке и разработке новой техники Курри (Malcolm Currie) направил запрос в исследовательскую группу на базе ВВС США Райт-Паттерсон (Wright-Patterson AFB), работавшую при поддержке Агентства перспективных исследовательских проектов (Defense Advanced Research Project Agency, DARPA) и специалистов научных учреждений ВВС США, которые исследовали эффективные поверхности рассеивания (ЭПР) различных объектов о возможности создания пилотируемого самолета с такой же сигнатурой, как у мини-БПЛА.
После ряда уточнений ТТТ и общей концепции такого самолета было принято решение, что необходимо не просто достичь минимума ЭПР, но и минимума направлений, на которых ЭПР достигает своего пика (максимума) в наиболее широком диапазоне частот облучения. Самолет должен применяться на высотах около 20 км.
«Харви» (Harvey) проект, малозаметный стратегический бомбардировщик. Проект выполнялся научными учреждениями ВВС для оценки возможной программы создания такого самолета по критерию «стоимость – эффективность». Он не предназначался для строительства самолета или использования в качестве эталона для сравнения с проектами, которые могут быть представлены фирмами-разработчиками в случае получения ими соответствующего задания.
эволюция проекта малозаметного бомбардировщика фирмы «Нортроп»
ASPA (Advanced Strategic Penetration Aircraft) проект, малозаметный стратегический бомбардировщик. Решение о полномасштабной разработке малозаметного стратегического бомбардировщика было принято на уровне администрации президента Картера в начале 1979 г. Это решение было секретным и не проводилось через Конгресс. В то же самое время ряд авиастроительных фирм США, в т.ч. «Нортроп» (Northrop Corp.), вероятно получив сведения о предстоящем заказе, сами проработали свои предложения. Основную роль в определении концепции малозаметного стратегического бомбардировщика на фирме «Нортроп» сыграли И. Вааланд (Irv Vaaland), который занимался анализом возможностей систем обнаружения ПВО СССР, и Джон Кашен (John Kashen), специалист по определению эффективной площади рассеивания (ЭПР) самолетов и их агрегатов. Основной их идеей было то, что ЭПР объекта зависит в большей мере не от размеров объекта, а от отражающей способности наружных и внутренних поверхностей, которая в свою очередь определяется радиооптическими свойствами материала и формой этой поверхности. Для уменьшения ЭПР было необходимо:
- исключить «эффект уголкового отражателя» – концентрацию в каком-то направлении отраженного сигнала РЛС от какой-то нарушающей плавный обвод самолета части;
- гасить отраженный сигнал РЛС, подбирая соответствующим образом форму самолета и его частей;
- снизить общую мощность отраженного сигнала РЛС путем его поглощения обшивкой, так и специальными конструкциями под ней так, чтобы перевод этой энергии в другие виды (ИК и УФ-излучение) также не создавал их всплесков на каких-то направлениях;
- снизить излучение всех видов энергии (включая ИК и УФ) системами самого самолета и исключить образование всплесков этих излучений на каких-то направлениях.
Первый эскиз общего вида В-2 выполнил конструктор Х. Маркарьян (Hal Markarian) летом 1979 г.
Его основные особенности:
- компоновка летающее крыло без вертикального оперения и др. выступающих частей, как наиболее отвечающая требованиям малозаметности;
- силовая установка в составе четырех бесфорсажных ТРДД, установленных попарно в крыле;
- размах крыла выбран из расчета необходимой дальности и полезной нагрузки;
- значение стреловидности умеренное, определено из условия получения околозвуковой крейсерской скорости полета и расположения фокуса самолета вблизи ЦТ при том, что передняя кромка крыла сдвинута к передней точке фюзеляжа;
- консоли крыла со значительным сужением;
- воздухозаборники в передней кромке крыла, сопла – в задней в специальной насадке, снижающей тепловую и ИК сигнатуру.
Подробная проработка с точки зрения аэродинамики и ЭПР показала недостатки проекта и он прошел несколько этапов доработки.
Первая редакция:
- компоновка летающее крыло с двумя заваленными внутрь килями, установленными на его верхней поверхности по бокам щелевых сопел;
- длина выступающего за профиль крыла «центрального тела» определялась необходимостью разместить кабину с обычной компоновкой, отсек вооружения и минимальными размерами, чтобы снизить сопротивление на больших околозвуковых скоростях;
- силовая установка в составе четырех бесфорсажных ТРДД, установленных попарно в крыле;
- воздухозаборники и сопла сделаны над крылом, общие на каждую пару двигателей, имеют S-образные каналы, обходящие лонжероны, двигатели размещены в крыле так, что ВЗ и сопла защищены от облучения РЛС снизу крылом;
- профиль крыла М-устойчивый, с клювообразной передней кромкой;
- крыло имеет переднюю кромку постоянной стреловидности и заднюю в виде буквы W (с одинарным «бобровым хвостом» – управляемой поверхностью, служащей демпфером тангажа), консоли без сужения.
Фото: иллюстрация из книги Black Jets. The Development and Operation of America’s Most Secret Warplanes. Ed. by David Donald. AIRtime Publishing Inc., Norwalk, CT, USA, Wallingford, UK – 2003
Вторая редакция имела отличия:
- кили значительно уменьшены и смещены к законцовкам крыла;
- в канале рыскания добавлены реактивные рули;
- площадь «бобрового хвоста» уменьшена, удлинение ОЧК увеличено.
Фото: иллюстрация из книги Black Jets. The Development and Operation of America’s Most Secret Warplanes. Ed. by David Donald. AIRtime Publishing Inc., Norwalk, CT, USA, Wallingford, UK – 2003
Третья редакция имела отличия:
- кили и струйные рули сняты, взамен установлены расщепляющиеся рулевые поверхности, которые играли роль РН при дифференциальной работе (совместно с двигателями, переводимыми на разную тягу) и воздушных тормозов при синхронной работе.
При разработке проекта использовались технологии, разработанные по программе Tacit Blue. Проект был представлен заместителю министра обороны У. Перри в августе 1980 г., и был выбран для полномасштабной разработки, на что фирма получила 2 млн. долл.
Для следующего этапа работ была сформирована группа с составе трех специалистов – Р. Шеррера (Richard “Dick” Sherrer), Вааланда (Vaaland) и Г. Греллмана (Hans Grellman). На этот этап было потрачено 14 миллионов и 11 месяцев (при цене контракта в 2 миллиона), он включал продувки в аэродинамических трубах и эксперименты по определению ЭПР. По его результатам в январе 1980 года был получен контракт на «перспективный стратегический самолет проникновения» (Advanced Strategic Penetration Aircraft, ASPA).
Фото: иллюстрация из книги Black Jets. The Development and Operation of America’s Most Secret Warplanes. Ed. by David Donald. AIRtime Publishing Inc., Norwalk, CT, USA, Wallingford, UK – 2003
Малозаметный стратегический бомбардировщик, проект. Альтернативный вариант с ромбовидной формой. При разработке проекта использовались технологии, разработанные по программе Have Blue. Был рассмотрен заместителем министра обороны У. Перри в августе 1980 г., и отклонен в пользу варианта «летающего крыла».
«Синьор Айс» (Senior Ice) аванпроект (техническое предложение), малозаметный стратегический бомбардировщик. Техническое предложение оформлено И. Вааландом в декабре 1980 г. на основе окончательной редакции проекта ASPA. Предложение рассматривалось на основе конкурса с аналогичным предложением фирмы «Локхид» Senior Peg.
В октябре 1981 г. для полномасштабной разработки было выбрано предложение фирмы «Нортроп». По воспоминаниям руководителя отделения фирмы «Локхид» «Сканк Уорк» Бена Рича был выбран проект фирмы «Нортроп» потому, что он имел более высокие ЛТХ и был крупнее (а значит, лучше оснащен и вооружен), проигрывая варианту «Локхид» по характеристикам заметности, но И. Вааланд утверждал, что и в этом его проект был лучше.
ATB (Advanced Technology Bomber) проект ТТТ, малозаметный стратегический бомбардировщик. Проект ТТТ к самолету был сформирован ВВС США в сентябре 1980 г.
ATB (Advanced Technology Bomber) проект в 1-й редакции, малозаметный стратегический бомбардировщик.
К конкурсному рассмотрению был предъявлен проект АТВ в виде развития компоновки ASPA (см. выше) с незначительными доработками. Главные отличия касались увеличения строительной высоты средней секции крыла и объема бомбоотсека для размещения различных вариантов обычного вооружения в большем количестве.
На первом этапе для самолета предполагалось разработать наземную автоматизированную систему, позволявшую автоматически планировать операции по любой возможной цели с тем, чтобы проходить мимо всех известных РЛС противника так, чтобы самолет на данном ракурсе имел минимальную ЭПР (база данных по РЛС должна постоянно обновляться). При этом полет должен проходить на большой высоте, для достижения оптимальных летных характеристик, прежде всего – дальности и крейсерской скорости.
Однако исследования вопроса показали, что СССР способен в перспективе создать РЛС, способные обнаружить самолет АТВ на достаточной дальности. Было решено добавить требование совершать длительный маловысотный полет с М=0,55 со следованием рельефу местности. Низкое аэродинамические сопротивление компоновки позволяло увеличить число М до 0,8. Но это вызывало опасные самовозбуждающиеся изгибные колебания ОЧК, на задней кромке которых находилось по 3 секции поверхностей управления (в то же время центральная часть при выпущенных закрылках сохраняла жесткость). Местное усиление жесткости вело к росту веса пустого самолета на 4540 кг (10000 фунтов). Кроме того, к тому времени были разработаны новые радиопоглощающие конструкции с меньшей глубиной поглощающего слоя, которых не было на момент начала работ. Исходя из этих обстоятельств, было принято решение кардинально изменить конструкцию самолета при сохранении общей компоновки:
- уменьшены размах и хорда ОЧК;
- на каждой ОЧК сделано по две управляющих поверхности вместо трех;
- внешние центральные секции были удлинены назад, из-за чего задняя кромка приобрела характерные контуры в виде «двойного W»;
Фото: planeaday.com
- вырезы под сопла двигателей стали V-образными;
- по две секции элевонов были добавлены с каждой стороны центральной секции, заменив жесткие панели конструкции;
- передний лонжерон и кабина сдвинуты вперед благодаря применению новых радиопоглощающих конструкций с меньшей глубиной поглощающего слоя;
- приняты меры по обеспечению базирования самолета на типовых аэродромах (в т.ч. на пассажирских аэропортах гражданского назначения, способных принимать самолеты класса Боинг-727;
- принята новая концепция сопротивляемости воздействию поражающих факторов ЯО (как собственного, в т.ч. бомб В.53 особо большой мощности, так и средств ПВО противника со специальными БЧ), среди прочего было решено делать все радиосистемы так, чтобы они не блокировались воздействием ЭМИ;
- снижена масса конструкции исходя из того, что лишь незначительный процент полетов будет сделан с максимальным весом вооружения.
Для отражения всех этих новшеств в эскизный проект его пришлось в значительной мере перерабатывать, а некоторые части выпускать заново.
ATB, проект в окончательной редакции, малозаметный стратегический межконтинентальный бомбардировщик.
По требованию МО программа была засекречена и получила кодовое наименование Senior CJ, а также были предприняты дополнительные меры по обеспечению режима секретности на всех ее этапах (в т.ч. внутри допущенных к работе учреждений и предприятий – установлен особый порядок проведения всех работ, обмена информацией, перевозки изделий и т.п.).
Проектирование самолета и всех его комплектующих должно было выполняться с привлечением по возможности меньшего круга специалистов и связи между ними должны были быть ограничены.
Но из-за сложности проекта выполнить эти требования не удалось и уже в ходе проектирования появились первые утечки информации.
Фото: latimes.com
Общие особенности конструкции самолета:
- самолет представляет собой статически неустойчивое по всем трем осям летающее крыло, динамическая устойчивость которого непрерывно контролируется и поддерживается бортовой системой управления;
- планер самолета полностью интегральный и делится на крыло и фюзеляж лишь условно (технологическое членение – см. ниже);
- форма планера выбрана из условия достижения минимальной ЭПР на тех ракурсах, откуда облучение РЛС ПВО (наземных и воздушных) ожидается с наибольшей вероятностью, и наилучшего аэродинамического качества на крейсерской скорости на большой высоте;
- передняя комка крыла имеет постоянную стреловидность 30 град., задняя – W-образная, что снижает ЭПР;
- примерно на половине размаха начинается изменение профиля крыла – аэродинамическая крутка;
Также видны открытые прямоугольные створки дополнительных воздухозаборников двигателей и треугольная створка вспомогательной силовой установки
Фото: taringa.net
- профиль крыла мах-устойчивый (сверхкритический), рассчитанный на трансзвуковую крейсерскую скорость, но в отличие от применяемых на других самолетах, он имеет острый и отогнутый носок («клюв»), который увеличивает его подъемную силу, ее производную по углу атаки и критический угол атаки (прежде всего, на взлете и посадке, что позволило уменьшить площадь крыла и отказаться от традиционных щелевых закрылков);
Фото: bugimus.com
- кромки воздухозаборников, устройств слива погранслоя, вырезов и люков пилообразная, что снижает ЭПР;
- планер на 80% состоит из композиционных материалов (КМ), остальное – алюминиевые и титановые сплавы и сталь;
- основные типы применяемых КМ – высокопрочные на основе углеволокна, средней прочности графитовые, стеклоткань и предварительно формованные блоки, армированные пластики с эпоксидным, фенольным или полиэстерным наполнителем;
- детали и агрегаты из КМ, формуются в стальных или композитных матрицах под вакуумом в автоклаве при температуре +350°С и более и при давлении 6,8 атм. и более, или делаются методом закрытой экструзии и подаются на сборку в готовом, но не крашеном виде;
- полуфабрикаты из КМ предварительно контролируются и стерилизуются;
- контроль качества полуфабрикатов и деталей из КМ в процессе изготовления производится пооперационно, а готовых изделий – неразрушающими методами на всех деталях и периодически путем отбора образцов из серийных партий для исследований разрушающими методами контроля;
- все процессы изготовления деталей и агрегатов из КМ автоматизированы, что дало сокращение ручного труда на 69%, повысило КИМ, улучшило качество, производительность и безопасность труда (эти участки производства являются наиболее вредными для здоровья);
- для изготовления листовых деталей сложной формы из алюминиевых и титановых сплавов размером до 1220х3660 мм и толщиной до 6 мм были разработаны и созданы станки резки струей деионизированной воды под давлением 3743 атм., которые дают скорость течения струи 581 м/с;
- для сборки панелей были созданы переналаживаемые робототехнические 5-осевые комплексы RMA (Robotic for Major Assembly), способные выполнять с заданной точностью отверстия под крепеж разного диаметра и типа и устанавливать этот крепеж на композитных и металлических панелях с максимальным размером 5490х9150 мм;
- в проектировании широко применялась компьютерная техника, использовались расчеты аэродинамики, веса, прочности и ЭПР по МКЭ, чертежи выпускались в программе CATIA;
- все системы управления самолетом, силовой установкой, шасси, оборудованием и вооружением цифровые и имеют унифицированный интерфейс, их архитектура открытая и соответствует стандарту Mil-STD-1553B;
- сотовые панели изготовлены из различных видов КМ, блоки сот фрезеруются в замороженном (наполненном льдом) состоянии, высушиваются, дезинфицируются и клеятся с панелями «на-горячо»;
- сотовые панели обшивки (кроме РП) имеют переменную толщину (но не более 30 мм).
Фото: militaryarms.ru
Силовая установка:
- на самолете установлены четыре бесфорсажных ТРДД F118-GE-100 (на время выполнения проектных работ за двигателем было закреплено дезинформирующее обозначение F101-F29) взлетной тягой по 8620 кгс попарно в отсеках кессонов СЧК;
- каждый отсек двигателя разделен на две параллельные части противопожарной перегородкой;
- отсеки двигателей, каналы воздухозаборников и выходных устройств выполнены так, что основная часть потока идет в двигатель, а остальная огибает его сверху и снизу, охлаждая сами двигатели, внутренние агрегаты силовой установки и внешние панели обшивки, а также «размывая» тепловое поле реактивной струи;
- воздухозаборник общий на каждые два двигателя, нерегулируемый, но для каждого двигателя на верхней части его канала сделано дополнительное входное отверстие, открываемое для запуска двигателя до разгона до определенной скорости, при снижении скорости оно также открывается;
- открытие и закрытие дополнительных ВЗ производится автоматически по достижении определенного числа М, время на эту процедуру около 3 сек.;
- передняя кромка ВЗ пилообразная, что служит для рассеивания РЛ-сигнала и снижения ЭПР, но также формирует устойчивую систему скачков уплотнения в полете на крейсерской скорости для повышения степени сжатия ВЗ, исключения пульсаций давления и его помпажа;
- канал воздухозаборника S-образный, что гасит отраженный от первых ступеней компрессоров фронтальный сигнал РЛС примерно вдвое;
Фото: see2me.ru
- передняя кромка выходного устройства отсека двигателей V-образная;
- канал выходного устройства отсека двигателей S-образный, он и примыкающие части отсека планера выполнены из теплостойких КМ;
- за последней ступенью турбины каждого двигателя установлен радар-блокер – металлическая конструкция, гасящая сигнал РЛС противника;
Фото: www.images&cd=&ved=2ahUKEwiVtcHv0vriAhW1AGMBHQyhDvIQjxx6BAgBEAI&url=http%3A%2F%2Fkeywordprofile.com%2FRjExOA&psig=AOvVaw28jFv_a648-Cug6scSAeGi&ust=1561208898396518
- запуск всех двигателей или любых из них отдельно и группами производится ВСУ, установленной слева от двигателя № 1, входное устройство ВСУ при этом открывается, а отработанные газы выводятся в канал левой пары двигателей;
- от ВСУ производится питание всех систем, необходимых для подготовки к полету, до выхода на определенный режим маршевых двигателей и перевод этих систем на питание током и воздухом разных температур и давлений от них;
- силовая установка самолета использует керосин JP-8, есть возможность добавки присадок, облегчающих запуск в различных климатических условиях, препятствующих образованию льда и подавляющих инверсионный след (эти присадки являются токсичными);
- топливо размещено в кессонах крыла (включая бак-отсек за кабиной экипажа), общая емкость топливной системы 74844 кг;
- заправка топливом автоматизированная централизованная закрытая под высоким давлением, производится с земли без применения стремянок;
- самолет имеет устройство для дозаправки топливом в полете по системе «летающая штанга»;
- система управления двигателями цифровая с полной ответственностью (FADEC), органы управления (кнопки запуска, останова, блоки РУД и пр.) установлены на обоих постах управления;
Фото: 10af.afrc.af.mil
- на каждом двигателе установлена коробка приводов агрегатов для подключения электрогенераторов и гидравлических насосов.
Технологическое членение планера самолета:
- средняя часть передней кромки крыла (производство – Northrop);
- отсек кабины экипажа (производство – Northrop);
- центральная часть крыла (в некоторых источниках – центральное тело – фюзеляж, производство – Boeing);
- «бобровый хвост» (подвижная секция за центральной частью крыла, производство – Northrop);
- кессоны СЧК (правый и левый, производство – Ling – Temco – Vought);
- кессоны КЧК (правый и левый, производство – Boeing);
- передние кромки крыла (правая и левая, производство – Northrop);
- законцовки крыла (правая и левая, производство – Northrop);
- расщепляющиеся рули (правый и левый, производство – Northrop);
- внешние элевоны (правый и левый, производство – Northrop);
- средние элевоны (правый и левый, производство – Northrop);
- внутренние элевоны (правый и левый, производство – Northrop);
- неподвижные задние кромки крыла (правая и левая, производство – Northrop);
Фото: thedrive.com
Планер:
- состоит из 22 отсеков, см. выше – технологическое членение самолета;
- в отсеке кабины экипажа находятся также ниша ПОШ, отсеки БРЭО и общего оборудования;
- силовой набор отсека кабины экипажа состоит из лонжеронов, шпангоутов, диафрагм, нервюр, бимсов, каркаса фонаря кабины, окантовок вырезов, стенок отсеков и ниш, конструкция этого отсека в основном из углепластиков;
- в центральной части крыла находятся центральный топливный бак, закрываемая горловина устройства дозаправки топливом в полете, и другие агрегаты топливной системы, два отдельных отсека вооружения, агрегатный отсек с оборудованием самолета (в т.ч. общим, управления, электрической, топливной и др. систем);
Фото из книги Black Jets. The Development and Operation of America’s Most Secret Warplanes
- силовой набор центральной части крыла состоит из лонжеронов, шпангоутов, диафрагм, нервюр, бимсов, окантовок вырезов, стенок отсеков, конструкция этого отсека в основном из углепластиков;
- установленный за центральной частью крыла «бобровый хвост» является поверхностью триммирования и гашения всех видов колебаний по тангажу в полете на малых высотах, но в нем установлены и антенны БРЭО, в частности, СПО;
- «бобровый хвост» имеет цельнокомпозитную конструкцию с силовым набором из лонжеронов, нервюр и диафрагм с одно- и трехслойными силовыми панелями;
- в кессонах СЧК размещены отсеки двигателей с их ВЗ и выходными устройствами, а также агрегатами систем силовой установки – топливной, электрической, гидравлической и др., кроме того, сквозь кессоны СЧК проходят различные коммуникации;
- силовой набор кессона СЧК состоит из лонжеронов, нервюр, шпангоутов, бимсов, стенок и окантовок отсеков и ниш, конструкция этого отсека в основном из углепластиков;
- в кессонах КЧК размещены баки-отсеки, ниши ООШ и агрегаты системы управления самолетом;
- силовой набор кессона КЧК состоит из лонжеронов (двух основных и двух вспомогательных а хвостовой части), нервюр, шпангоутов, бимсов, стенок и окантовок отсеков и ниш, а также панелей обшивки, конструкция этого отсека в основном из углепластиков;
- передний лонжерон крыла коробчатый, состоит из двух поясов (верхнего и нижнего), двух стенок, подкрепленных стойками, и диафрагм;
- передний лонжерон КЧК изготовлен из титановых сплавов, остальной силовой набор – алюминиевые сплавы, панели обшивки – КМ (углепластики);
- панели обшивки КЧК композитные крупногабаритные, самые большие имеют длину 22 м (для чего на фирме «Боинг» был специально построен автоклав длиной рабочей камеры 28 м и создана оснастка, обеспечивающая допуск на этот размер ±6,3 мм;
- в передней кромке крыла установлены антенны и блоки БРЭО, а также проходят коммуникации систем;
- силовой набор передней кромки крыла состоит только из диафрагм, она открытая сзади и для перевозки имеет технологический лонжерон, который снимается перед монтажом на самолет;
- силовой набор законцовки крыла состоит из диафрагм, ее конструкция, а также технология производства и установки такие же, как у передней кромки;
- задняя кромка крыла (неподвижный отсек за СЧК) изготовлена из теплостойких КМ и имеет сотовую конструкцию;
- элевоны (3 секции с каждой стороны от ПСС) используются для управления по тангажу и крену;
- основное (траекторное) управление по тангажу и крену режимы искусственной устойчивости и демпфирования колебаний на крейсерских и боевых режимах полета осуществляется внешними элевонами, а на малых скоростях включаются остальные секции – средняя и внутренняя;
- расщепляющиеся рули используются для управления по курсу путем создания асимметрии аэродинамического сопротивления самолета;
Источник: aviation.stackexchange.com
- расщепляющиеся рули используются как воздушные тормоза в полете и на разбеге путем их открытия на заданный пилотом угол (максимальный при этом больше, чем на режиме управления по курсу);
- конструкция всех РП – как на «бобровом хвосте» с учетом их формы и расположения.
Сведения о системах, оборудовании и вооружении самолета Нортроп В-2 читайте в следующей части этого раздела Справочника.
Смысл использованных в статье и таблицах определений, понятий и сокращений можно узнать, открыв наш краткий словарь по авиации и ракетной технике
Список использованных источников будет опубликован в завершающей части раздела Справочника по самолету Нортроп В-2 «Спирит»
