США, выпуск первых требований к самолету – 06.10.65 г
Их разработка началась ровно 55 лет назад на фирме «МакДоннелл-Дуглас» (McDonnell Douglas Corp.) и продолжается ныне компанией «Боинг», которая поглотила ее 1 августа 1997 г., получив все права на остающиеся в производстве и эксплуатации разработки MDD.
Фото: http://www.operatorchan.org/v/res/14172+50.html
определение облика самолета и техническое задание
F-X (Fighter eXperimental) технические требования в 1-й редакции, тактический истребитель и перехватчик ПВО для ВВС и морской палубной авиации.
Предварительные совместные исследования самолета начались в 1965 г. в учреждениях ВВС и ВМС США. Их целью было создание нового самолета для замены тактических истребителей ВВС F-4C/D/E, а также перехватчиков ПВО F-102A, F-101B, F-106A и палубных истребителей ВМС F-4B/J (палубный перехватчик F-8 заменялся на F-14).
На основании результатов этих исследований 6 октября 1965 г. были сформированы Квалификационные Оперативные требования (Qualitative Operational Requirement, QOR) 65-14F, которые стали основой для формирования ТЗ на создание нового тактического истребителя F-X (Fighter eXperimental).
8 декабря 1965 г. командованием ВВС и авиации ВМС США (далее – заказчиком) был издан Запрос на техническое предложение (Request For Proposals, RFP) на проект F-X, который был передан четырем фирмам:
- Boeing;
- Grumman;
- Lockheed;
- North American.
Фото: http://nhungdoicanh.blogspot.com/2008/12/chin-u-c-m.html?m=1
Самолет должен был иметь скорость полета М=3 и большую дальность, маневренность не регламентировалась. Предназначался для:
- перехвата самолетов типа Ту-95, 3М, Ту-16, Ту-22 и крылатых ракет всех типов морского и воздушного базирования как в системе ПВО, так и автономно, в т.ч. в интересах войск;
- нанесения ударов по наземным целям и др. задач, характерных для тактической авиации.
Рассмотрев ответы этих фирм, заказчик в марте 1966 г. выдал контракт на Исследования по формированию концепции (Concept Formulation Study, CFS) четырем фирмам:
- Boeing;
- Fairchild;
- Lockheed;
- North American.
Две фирмы эту работу выполняли за собственные средства:
- Grumman;
- McDonnell (28 апреля 1968 г. компании McDonnell и Douglas объединились, образовав концерн MDD).
В 1966 г. все они представили более 500 различных компоновок.
Все эти работы велись в рамках утвержденных ВВС требований (документ QOR 65-14F). Но дальнейший ход войны во Вьетнаме и арабо-израильской войны 1966 г. показал несоответствие их требованиям времени. Прежде всего, это выразилось в недооценке роли маневренного воздушного боя и маневра как средства прорыва ПВО и выхода к наземной цели. Соответственно требования к скорости и высотности были понижены, а к маневренности – повышены. В то время разработка средств повышения маневренности тактических истребителей в США не велась, и по этой причине ни один из представленных проектов всем требованиям не удовлетворил.
В то же время командование ВМС отказалось от создания единого тактического самолета совместно с ВВС (несмотря на то, что и ВМС, и ВВС были удовлетворены единым тактическим самолетом F-4). В результате командование ВВС сформировало новое ТЗ:
- боевая тяговооруженность 1,0…1,1 и низкая нагрузка на крыло должны обеспечить высокую маневренность;
- максимальная скорость M>2;
- дальности и рубежи перехвата не ниже, чем у самолета F-4E;
- БРЭО и АВ должны обеспечивать всеракурсный ракетный воздушный бой на средних дистанциях и поражение целей на фоне подстилающей поверхности;
- самолет должен иметь возможность вести ближний маневренный воздушный бой с легкими истребителями;
- необходимо обеспечить полеты самолета с авиабаз с малыми размерами ВПП для их развертывания на всех нужных направлениях и вывода из-под возможного удара (рассредоточения).
Рисунок из книги Drendel L. Eagle. Modern Military Aircraft. Carrolton, USA, Squadron / Signal Publications, - 1992
Заказчик считал на этом этапе предпочтительной компоновку самолета с КИС и двумя ТРДДФ со взлетным весом 27222 кг (60000 фунтов), что позволяло бы сделать самолет более маневренным, чем F-111 и F-14 при более широких возможностях воздушного боя, чем у первого и лучшем ударном вооружении, чем у второго.
Рисунок из книги Drendel L. Eagle. Modern Military Aircraft. Carrolton, USA, Squadron / Signal Publications, - 1992
F-X (FX, Fighter eXperimental) технические требования во 2-й редакции, тактический истребитель и перехватчик ПВО для ВВС.
В июле 1967 г. СССР представил свои новые самолеты во время воздушного парада в Домодедово и среди них был показан самолет МиГ-25. Хотя он был предназначен не для маневренного воздушного боя, а для перехвата и прорыва ПВО на больших высотах с числом М до 2,8 именно такая компоновка впоследствии будет выбрана для самолета F-X. Одной из причин тому было то обстоятельство, что ранее, еще до появления МиГ-25 в США она уже изучалась, но в то время ее преимущества не были оценены правильно, и она была отброшена.
Показ новых советских боевых самолетов привел к очередному пересмотру требований к программе F-X и в августе 1967 г. командованием ВВС США (ВМС в программе уже не участвовали) были изданы 2-е редакции RPF и CSF, которые делали больший акцент на возможностях воздушного боя и перехвата, чем на ударах по наземным целям.
Предпочтительной была указана компоновка самолета с фиксированным высоконесущим крылом, двумя ТРДДФ и взлетным весом 18148 кг (40000 фунтов).
Новые PPF были направлены 6 фирмам:
- General Dynamics;
- Grumman;
- Lockheed;
- MDD;
- North American Rockwell;
- Republic Division of Fairchild Hiller.
Все они прислали свои CSF, рассмотрев которые, в декабре 1967 г. заказчик выдал фирмам MDD и General Dynamics контракты на выполнение в течение 6 месяцев НИР, в которой должны быть даны ответы на следующие вопросы:
- сколько двигателей должен иметь самолет и какая у него должна быть размерность (ВВС считали опыт создания сравнительно легкого однодвигательного самолета F-104 неудачным, но в то же время видели преимущества МиГ-21 в ближнем бою);
- какой экипаж нужен – один летчик или летчик и штурман – оператор вооружения;
- крыло должно быть фиксированным или КИС;
- самолет должен иметь обычный взлет и посадку или проектироваться как СКВВП с ПМД конструкции фирм Rolls-Royce или Continental;
- необходимо ли применение УВТ для повышения маневренности.
Остальные получили предложения участвовать в программе за свои средства.
Второй этап CSF был закончен в мае 1968 г.
В середине 1968 г. было принято решение отказаться от компоновки с ПМД, т.к. при удовлетворении требований по вооружению и БРЭО для боя на средних дистанциях она имела слишком большой вес и не удовлетворяла требованиям ближнего маневренного боя.
От применения КИС и УВТ отказались из-за сложности и большого веса механизма перекладки КИС (разница веса с обычным крылом 1360 кг), его центроплана и ОЧК, а также сопел с УВТ (тогда рассматривались только плоские сопла-насадки).
Уточненное по результатам этих исследований была утверждена Концепция самолета F-X (F-X Concept Development) и сформировано уточненное ТЗ, дополнительно предполагавшее:
- силовая установка из двух ТРДДФ (как более надежная);
- максимальный взлетный вес 15900 / 17200 / 18148 кг в зависимости от задания и радиуса действия;
- самолет должен превосходить все существующие советские истребители в бою как на больших дальностях (beyond-visual-range), так и на малых визуальных;
- максимальное число М=2,5;
- низкая нагрузка на крыло при отсутствии аэроупругих вибраций при числе М=0,9;
- желательно широкое применение новых материалов – титановых сплавов, КМ;
- тяговооруженность на взлете 0,8 кг/кгс;
- высокая автоматизация навигации и применения вооружения из расчета на экипаж из одного летчика;
- цифровое БРЭО;
- возможности БРЭО по самолетовождению, навигации, обнаружению целей должны быть в 3 раза больше, чем у F-4E;
- точность навигации и поражения целей должны быть 2 раза выше, чем у F-4E;
- установка импульсно-доплеровской РЛС с возможностью обнаружения и захвата целей на фоне земли;
- полезная нагрузка и вооружение должны быть такими же, как у самолета MDD F-4E Phantom II;
- боевые радиусы действия со сравнимой боевой нагрузкой должны быть в 1,3 раза больше, чем у F-4E;
- боевые скорости со сравнимой боевой нагрузкой должны быть в 1,1 раза больше, чем у F-4E;
- развертывание в Европе с перелетом из США без дозаправки в воздухе;
- комфорт и безопасность на борту должны быть 3 раза выше, чем у F-4E;
- стоимость одного самолета 2…4 млн. долл., из них 1/3 этой суммы – цена БРЭО.
После утверждения МО США программы разработки и выбора исполнителя самолет F-X получил официальное военное обозначение F-15.
30 сентября 1968 г. ВВС США направили Запрос предложений на этап подготовки проекта (Requests for Proposals for the Project Definition Phase – PDP) по уточненному ТЗ в адрес 8 фирм:
- Boeing;
- Fairchild-Republic;
- General Dynamics;
- Grumman;
- Ling-Temco-Vought;
- Lockheed;
- MDD;
- North American Rockwell.
30 декабря 1968 г. контракт на PDP получили три корпорации:
- Fairchild Republic Hiller (однокилевая компоновка с 2 ТРДДФ под интегральным несущим фюзеляжем);
- McDonnell Douglas (двухкилевая компоновка с 2 ТРДДФ в обычном фюзеляже по типу МиГ-25);
- North American – Rockwell (однокилевая компоновка с 2 ТРДДФ в обычном фюзеляже).
Фото: https://www.russiadefence.net/t4019p100-soviet-armed-forces-soviet-army-1946-1991
При рассмотрении предложений МО США главным формальным критерием оказалось не качество проекта, а то, не ведет ли эта фирма других работ и не расположены ли рядом с ней другие стратегически важные предприятия. Так предложение North American – Rockwell было отвергнуто в связи с тем, что эта фирма готовилась получить контракт на полномасштабную разработку стратегического бомбардировщика В-1, а Fairchild Republic Hiller находилась рядом с фирмой Grumman, которая вела важнейшую программу для авиации ВМС – разработку перехватчика F-14. Из соображений равномерной загрузки предприятий авиапромышленности и исключения ее критической уязвимости в условиях непредвиденных обстоятельств контракт на полномасштабную разработку тактического истребителя F-X для ВВС США был отдан корпорации MDD.
23 декабря 1969 г. фирма MDD была объявлена победителем конкурса проектов по программе F-X и получила контракт на полномасштабную разработку самолета (Full Scale Development – FSD)
проект F-X – F-15 «Игл»
F-15 «Игл» (F-X) рабочий проект, тактический истребитель и перехватчик системы аэрокосмической обороны.
В ходе предварительных этапов НИОКР по самолету F-X было добавлено требование возможности перехвата ИСЗ на низких околоземных орбитах. Эту задачу должен был выполнять обычный серийный самолет без дополнительного встроенного оборудования и доработок по силовой установке.
Проектирование самолета F-15 Eagle (Eagle – «Орел», что символизировало национальный герб США и эмблему ВВС США) выполнялось группой подрядчиков под руководством концерна MDD при участии сторонних организаций, прежде всего, NASA, DARPA (ВВС США) и корпорации RAND, которая предоставляла свои рекомендации по общему планированию программы.
Главным конструктором самолета был назначен Джордж Графф (George Graff).
Директором программы, ответственным за организацию всех работ и связи с подрядчиками и заказчиком, стал Дон Малверн (Don Malvern).
Проектирование самолета велось в рамках комплекса НИОКР, который предусматривал разработку всех ПКИ для него, системы обеспечения эксплуатации и тактики применения, а также изучение возможного экспортного потенциала.
Итогом этих НИОКР стал рабочий проект самолета, основные особенности которого приведены ниже.
Общие особенности конструкции:
- самолет представляет собой двухдвигательный двухкилевой высокоплан с пониженной, а на некоторых (в основном, сверхзвуковых) режимах полета – отрицательной статической устойчивостью;
- планер самолета спроектирован с учетом дифференциального правила площадей, что позволило обойтись без технологически сложного и утяжеляющего конструкцию поджатия фюзеляжа;
Фото: http://www.thisdayinaviation.com/tag/yf-15a/
Рисунок из книги Preliminary Flight Manual USAF Series F/TF-15A Aircraft. Block 7 and up. McDonnell Aircraft F33657-70-C-0300. T.O. 1F-15A-1, Washington, DC, USA, Secretary of Air Force, - 9 May 1975
Рисунок из книги Preliminary Flight Manual USAF Series F/TF-15A Aircraft. Block 7 and up. McDonnell Aircraft F33657-70-C-0300. T.O. 1F-15A-1, Washington, DC, USA, Secretary of Air Force, - 9 May 1975
- воздухозаборники (ВЗ) двигателей создают значительную подъемную силу и добавочный момент по тангажу, который в зависимости от режима полета и угла их установки (см. ниже) может достигать 1/3 от управляющего момента ГО – это является мощным фактором понижения статической устойчивости самолета и улучшения его маневренности (в данном случае, как и на самолете МиГ-25 ВЗ играют роль ПГО, но в отличие от этого самолета они полностью подвижны);
- система основного управления самолетом – цифро-аналоговая СДУ с искусственной устойчивостью (ИИ), она имеет связи с системами управления механизацией крыла, тормозным щитком, силовой установки, шасси;
- сопряжение фюзеляжа и несущих поверхностей крыла и оперения обычное (не интегральное) через наплыв, что в то время уже являлось устаревшим решением, сделанным для удешевления конструкции ценой ухудшения ее аэродинамики, летных данных, конструктивного, весового и объемно-компоновочного совершенства;
- система управления самолетом, силовой установкой, оборудованием и вооружением сделана по принципу HST (Hands on Stick and Throttles – «руки на РУС и РУД») так, что основные переключатели и регуляторы, которыми пилот чаще всего пользуется в полете и в воздушном бою, расположены на этих рычагах.
Рисунок из книги Preliminary Flight Manual USAF Series F/TF-15A Aircraft. Block 7 and up. McDonnell Aircraft F33657-70-C-0300. T.O. 1F-15A-1, Washington, DC, USA, Secretary of Air Force, - 9 May 1975
Рисунок из книги Preliminary Flight Manual USAF Series F/TF-15A Aircraft. Block 7 and up. McDonnell Aircraft F33657-70-C-0300. T.O. 1F-15A-1, Washington, DC, USA, Secretary of Air Force, - 9 May 1975
Применяемые материалы и технологии производства:
- планер самолета разбит на крупные агрегаты (фюзеляж с хвостовыми балками и центральным стекателем, по два комплекта наплывов, ОЧК, ВЗ, консолей ВО и ГО), которые в свою очередь технологически членятся на отсеки и навесные агрегаты (РП, поверхности механизации крыла, створки, люки, части фонаря кабины и т.п.), а те – на панели, узлы и детали;
- планер на 26,7% состоит из титановых сплавов (лонжероны крыла, панели ОЧК между 1 и 2 л-нами, силовые шпангоуты фюзеляжа, к которым крепятся крыло и двигатели, балки СЧФ и отеков двигателей, часть панелей обшивки фюзеляжа, хвостовые балки фюзеляжа, к которым крепится оперение, узлы навески ГО, лонжероны килей, противопожарная перегородка (ППП) отсека двигателей и др. высоконагруженные части);
- 35,5% веса планера приходится на алюминиевые сплавы (полуфабрикаты листы, плиты, профили, отливки, штамповки и поковки, из них изготовлены большинство деталей и узлов силового набора и обшивки, многие детали систем);
- 37,8% веса планера приходится на композиционные и иные неметаллические материалы, из которых впервые для самолета ВВС США были изготовлены высоконагруженные панели каркаса и тормозной щиток, см. далее;
Фото: http://www.nationalmuseum.af.mil/Visit/Museum-Exhibits/Fact-Sheets/Display/Article/196332/mcdonnell-douglas-f-15a-eagle/
- в указанную выше раскладку применения конструкционных материалов не входит крепеж, который изготавливается из сталей (болтовые и заклепочные соединения) и алюминиевых сплавав (заклепки с двусторонним подходом, шайбы и т.д. низконагруженные детали неподвижных соединений);
- силовые панели киля из боропластика (этот КМ имеет рекордные показатели удельной жесткости) выполнены формовкой в автоклаве;
- силовые шпангоуты ХЧФ, к которым крепятся двигатели, цельнофрезерованные из заготовок из титанового сплава;
- большинство заклепок изготовлено из нового алюминиевого сплава, который лучше сохраняет прочность при длительном нагреве;
- высоконагруженные болты изготовлены из новой стали
Фото из книги Drendel L. Eagle. Modern Military Aircraft. Carrolton, USA, Squadron / Signal Publications, - 1992
Смысл использованных в статье и таблицах определений, понятий и сокращений можно узнать, открыв наш краткий словарь по авиации и ракетной технике
Подробные сведения о вооружении и оборудовании самолетов смотрите в таблице F-15 Basic Weapon and Equipment
Список использованных источников будет дан в последнем разделе Справочника, посвященном самолетам F-15
Продолжение следует
