Тактический истребитель Локхид-Мартин F-22 «Раптор»

США, первый полет – 29.09.90 г.

 

Важнейшей конструктивной особенностью самолета являлось возвращение к размещению ракетно-бомбового вооружения на внутренней подвеске, чего не было на истребителях поколений III и IV.

Программа ATF и этапы проектирования

 

ATF (Advanced Tactical Fighter) техническое задание и предварительные проекты, перспективный тактический истребитель. Программа вступила в силу в апреле 1980 г., в мае фирмам участникам (предполагался конкурс между предприятиями «Локхид» и «Нортроп») был выдан официальный запрос о возможности создания такого самолета (request for information, RFI). Самолет должен был заменить F-15 в качестве основного истребителя ВВС к середине 90-х гг. Самолет предназначался для решения задач:

• завоевания господства в воздухе над территорией противника в противоборстве с самолетами Су-27 и МиГ-29, поддерживаемых самолетами РЛДН А-50;
• нанесения ударов в прифронтовой полосе и в тылу по объектам, прикрытым ЗРК (поражение самих ЗРК предполагалось вести самолетами F-117A).

В ответ на RFI фирма «Локхид» предложила тяжелый ограниченно маневренный истребитель с опорой на компоновку самолета SR-71, способный совершать длительный полет при числе М=2,8. Недостаточная маневренность заказчика не устроила.

В конце 1982 г. ВВС США рассмотрели предложения и выпустили запрос (request for proposal, RFP), в котором определялись основные направления поиска концепции самолета (Concept Definition Investigation, CDI):

• требования по максимальной скорости снижены;
• крейсерская скорость дозвуковая на бесфорсажном режиме работы двигателей;
• высокая маневренность;
• размеры на 15…20% больше, чем у F-15.

Планировалось начиная с середины 90-х гг. построить 750 самолетов ATF и заменить ими весь парк F-15. Этот документ неоднократно уточнялся, в частности, за 8 дней до выпуска ВВС окончательной редакции RFP (в мае 1983 г.) было внесено требование использования технологии “stealth” (до того она была секретной даже внутри фирмы и для «Локхид» не подлежала использованию на другие типы ЛА, кроме F-117). Требования предусматривали снижение заметности ЛА только в ракурсе «спереди».

В сентябре 1983 г. были определены участники этапа CDI:

• «Боинг»;
• «Грумман»;
• «Джененрал Дэйнемикс»;
• «Локхид»;
• «МакДоннелл – Дуглас»;
• «Нортроп»;
• «Рокуэлл».

Все конкурсанты получили различные существенные замечания заказчика и были вынуждены вносить в свои концепции значительные изменения, однако фирма «Локхид» настаивала на сохранении компоновки по типу SR-71. Отказ фирмы «Локхид» учета требований заказчика относительно повышения маневренности вызвал ее острую критику и был поставлен вопрос о ее дальнейшем участии в программе. В такой обстановке фирмой «Локхид» был спешно подготовлен новый проект, в котором основной упор делался именно на маневренные характеристики.

Однако и это предложение не устроило заказчика и проект был снова отклонен.

Следующий его вариант был сделан в размерности F-15, что обеспечило удачный баланс между ЭПР и другими демаскирующими факторами, крейсерской скоростью, маневренностью, радиусом действия и эффективностью вооружения. Заказчик согласился признать максимальную скорость и скороподъемность второстепенными показателями. Подробно о конструкции самолета – см. YF-22 (ATF) проект этапа Dem/Val.

 

Двигатель на конкурсной основе разрабатывали фирмы «Дженерал Электрик» и «Пратт – Уитни».

 

 

В октябре 1985 г. ВВС США издали RFP на следующую стадию проекта: «демонстрация и оценка» (demonstration and validation, Dem/Val). По результатам первого этапа Dem/Val 31.10.86 г. для полномасштабного проектирования, строительства опытных образцов и их летных испытаний были выбраны фирмы «Локхид» и «Нортроп», проекты которых предусматривали сочетание:

• крейсерской сверхзвуковой скорости полета;
• высокой максимальной скорости;
• высокой маневренности;
• пониженной заметности на всех ракурсах.

Для дальнейшей работы по программе ATF были сформированы концерны:

• Lockheed – Boeing – General Dynamics;
• Northrop – McDonnell Douglas.

Однако в дальнейшем по организационным причинам систему кооперации пришлось изменить. Фирма Lockheed объединилась с Martin Marietta, Northrop, фирма Northrop приняла решение о самостоятельной разработке проекта, фирмы Boeing, General Dynamics и McDonnell Douglas получили предложение участвовать в проекте на правах субподрядчиков как разработчики и производители ПКИ, а также отдельных агрегатов и систем самолетов разработки концерна Lockheed – Martin и фирмы Northrop.

 

С ВМС США было достигнуто соглашение о том, что самолет ATF может рассматриваться как замена для самолета палубной авиации F-14, а палубный самолет ATA (Advanced Tactical Aircraft) – как замена для самолетов ВВС F-111. На проведение конкурса (в т.ч. двигателей, БРЭО, АВ) было израсходовано 2 млрд. долл., в т.ч. 691 млн. на строительство опытных самолетов YF-22, YF-23 (по 2 машины).

YF-22 (ATF) проект этапа Dem/Val, тактический истребитель. Для расчета аэродинамики, частотных характеристик, прочности и ресурса самолета, его ЭПР и др. демаскирующих факторов широко использовались ЭВМ и МКЭ.

 

В то же время для проверки получаемых решений использовались многочисленные наземные стенды и летающие лаборатории.

 

Проектирование впервые выполнялось полностью в компьютерной системе CAD / CATIA с созданием 3D-моделей всех уровней (деталь – узел – агрегат – самолет) и параллельным выпуском технологической документации.

 

Первоначально предполагалось не выпускать бумажные копии КД и ТД для передачи в производство, а разместить на всех его участках терминалы системы CAD / CATIA, но от этого отказались по соображениям стоимости и удобства пользования.

 

Общие особенности конструкции:

• самолет представлял собой статически неустойчивый по всем осям среднеплан с двухкилевым оперением;
• форма планера оптимизирована для достижения наилучшего баланса между малым сопротивлением на сверхзвуковом крейсерском режиме, аэродинамическим качеством на больших углах атаки и ЭПР;
• основными конструкционными материалами являются алюминиевые и титановые сплавы, КМ (прежде всего, углепластики и кевлары), нержавеющие стали;
• в конструкции широко применены крупногабаритные монолитные силовые элементы каркаса и обшивки, а также комбинированные неразъемные конструкции из металла и КМ;

• в производстве планера самолета и его систем широко применены методы порошковой металлургии, объемной штамповки, листовой штамповки резиной, механического и химического фрезерования, лазерной резки, формовки композитных и металло-композитных панелей в автоклавах;
• сварка ведется в вакууме или среде нейтральных газов;
• для производства самолета применен метод объемной увязки оснастки, но без изготовления эталонного самолета и материальных носителей размеров, которые заменены 3D-моделями;
• для снижения демаскирующих признаков используются оптимизация формы наружных поверхностей, спецпокрытия обшивки и остекления кабины, пилообразная форма вырезов и люков, задание размеров щелей по люкам и подвижным поверхностям с учетом гашения отраженного сигнала РЛС, экранировка ИК и УФ-излучения (прежде всего, от двигателей и элементов систем охлаждения СКВ и БРЭО), заделка выходящих на наружную поверхность головок крепежа, низкоотражающая камуфляжная окраска планера и др.;
• нормальные варианты боевой нагрузки рассчитаны на подвеску в отсеках вооружения, перегрузочные – под крылом;
• все БРЭО самолета цифровое, выполнено с открытой архитектурой по стандарту MIL-STD 1553;
• часть микропроцессоров, ШД, антенн и др. компонентов БРЭО «вживлена» в силовые элементы планера («думающая обшивка»);
• полностью цифровое БРЭО получает информацию от цифровых датчиков, выдает команды на цифровые исполнительные или контрольные устройства;
• все системы самолета и частично планер имеют встроенные системы контроля состояния;
• все системы самолета и планер спроектированы для обслуживания по состоянию без системы регламентных работ, предпринят комплекс мер для снижения стоимости обслуживания в т.ч. путем обеспечения легкого доступа ко всем точкам обслуживания;
• точки обслуживания частого доступа расположены так, что для них не требуются стремянки.

Силовая установка:

•  на самолете установлены два ТРДДФ УВТ YF119-PW-100 статической тягой на форсаже по 15880 кгс;

• УВТ обеспечивается синхронным отклонением специальными насадками реактивной струи обоих двигателей на угол ±20° по тангажу и включается при достижении самолетом угла атаки +20°;
• система управления силовой установкой (включая УВТ) цифровая с полной ответственностью (FADEC), сблокирована с системой основного управления самолетом и управлением шасси;
• топливная система включает интегральные баки-отсеки емкостью 2920 кг, подвесные сбрасываемые баки (2 шт. под крылом) емкостью 2920 кг, системы автоматизации заправки на земле (централизованная закрытая под давлением), выработки, ехнологического и аварийного слива, а также дозаправки в воздухе;
• воздухозаборники нерегулируемые трапециевидного входного сечения с лукообразными каналами, которые обходят боковые отсеки вооружения и ниши ООШ;

• для отвода погранслоя с НЧФ от каналов ВЗ использован традиционный способ со щелью и выводом заторможенного воздуха наружу за входным сечением ВЗ;
• в каналах ВЗ и за стабилизаторами пламени ФК двигателей установлены радар-блокеры;
• створки системы УВТ имеют кромки, параллельные крылу и оперению для минимизации ЭПР.

Крыло:

• самолет имеет трапециевидное крыло с большой положительной стреловидностью по ПК, большой положительной стреловидностью по ЗК в корневой части и умеренной отрицательной стреловидностью по ЗК;
• крыло набрано скоростными Мах-устойчивыми профилями, дающими на около- и сверхзвуковых скоростях «размытый» скачек уплотнения низкой интенсивности;
• крыло состоит из двух консолей, крепящихся к фюзеляжу ухо-вильчатыми узлами с горизонтальным расположением болтов (по 7 на консоль);
• консоль крыла состоит из главной кессонной части, законцовки, предкрылка, флаперона и элерона;
• силовой набор кессона крыла состоит из главных лонжеронов по его ПК и ЗК, 7 проходящих под прямым углом к ПСС вспомогательных лонжеронов в зоне от корневой до 4-й нервюр, и 5 силовых нервюр;
• обшивка кессона крыла в основном из КМ;
• предкрылок адаптивный, отклоняется на взлете, посадке и при маневрировании в зависимости от положения РУС и сигналов системы управления;
• конструкция предкрылка интегральная из КМ, очень простая и при этом прочная;
• внутри предкрылка находятся антенны навигационной системы ILS;
• конструкция флаперона из КМ, состоит из лонжерона, нервюр, сотового пакета по задней кромке и работающей обшивки;
• конструкция элерона подобна флаперону;
• конструкция законцовки  из КМ, состоит из лонжеронов, нервюр, сотового пакета по задней кромке и работающей обшивки, под которой установлены антенны системы РЭБ.

Фюзеляж:

•  фюзеляж самолета имеет переменное ромбовидное сечение в носовой части и шестигранное (Diamond-Shape) в остальных частях, что дает снижение ЭПР и создает систему вихрей, улучшающих аэродинамику самолета на больших углах атаки;
•  стреловидность кромок ВЗ выбрана из учета минимизации ЭПР самолета;
•  форма фюзеляжа и воздухозаборников самолета на виде в плане такова, что его аэродинамика подобна фюзеляжу самолета с корневым наплывом крыла (например, самолета F-18), но со своими особенностями, см. ниже;
•  большая верхняя и нижняя поверхность фюзеляжа имеет форму, близкую к плоской – фюзеляж создает значительную подъемную силу и на сверхзвуке, и на дозвуке на больших углах атаки;
•  фюзеляж вместе с воздухозаборниками выполнен как единый технологически законченный агрегат с минимумом стыков;

•  силовой набор фюзеляжа состоит из продольных бимсов, силовых и нормальных шпангоутов и окантовок вырезов;
•  обшивка фюзеляжа работающая жесткая, местами трехслойная, она и крышки люков выполнена из крупногабаритных металлических и композитных панелей;
•  кабина летчика в НЧФ закрыта каплевидным фонарем с круговым обзором;
•  фонарь кабины открывается полным поднятием назад и вверх;
•  в фюзеляже сделаны три отсека вооружения – большой нижний и два малых боковых;
•  на верхней поверхности его средней части установлен тормозной щиток.

Оперение:

• оперение самолета двухкилевое, установлено на ХЧФ;
• кили установлены со значительным «развалом», угол которого подобран из соображения снижения ЭПР;
• ГО и ВО набраны симметричными М-устойчивыми профилями;
• ГО трапециевидное, по форме подобно крылу, но меньших размеров;
• ГО цельноповоротное, состоит из двух дифференциально отклоняемых консолей;
• консоль ГО имеет интегральную цельнокомпозитную конструкцию с преобладанием углепластика;
• ВО имеет трапециевидную в плане форму, стреловидности кромок подобраны из соображения снижения ЭПР;
• консоль ВО состоит из киля и РН;
• конструкции киля и РН цельнокомпозитные;
• силовой набор киля состоит из силовой передней кромки и законцовки (единый агрегат), двух главных и 11 вспомогательных лонжеронов, 6 нервюр;
• обшивка киля работающая жесткая композитная;
• крепление киля к фюзеляжу – тремя ухо-вильчатыми узлами с продольным расположением болтов;
• силовой привод РН расположен в киле;
• конструкция РН интегральная цельнокомпозитная;
• силовой набор РН состоит из лонжерона, силовой кромки и 15 нервюр;
• обшивка РН работающая жесткая композитная.

 

Система управления самолетом и механизацией крыла:

• система управления самолетом и механизацией крыла состоит из взаимозависимых каналов основного управления по тангажу, крену и рысканию, управления предкрылками, управления флаперонами в режиме элеронов, закрылков и совмещенном;
• система управления электродистанционная полностью цифровая с искусственной устойчивостью и демпфированием собственных колебаний самолета и атмосферных воздействий по всем осям;
• управление может осуществляться летчиком отклонением БРУС (тангаж и крен) на правой боковой панели кабины и педалей (рыскание), при этом в зависимости от режима полета могут отклоняться и поверхности механизации крыла, и вектор тяги двигателей;
• все каналы управления только цифровые (без механического резерва) с четырехкратным резервированием;
• система управления самолетом и механизацией крыла сблокирована с управлением силовой установкой и шасси.

 

Шасси:

•  шасси самолета трехопорное с носовым колесом;
•  передняя опора шасси балочного типа с подкосом, со встроенным ЖГА, демпфером шимми, двузвенником (шлиц-шарниром) и механизмом разворота колеса;
•  роль подкоса играет цилиндр уборки и выпуска опоры;
•  колесо ПОШ одно с вилочным креплением;
•  передняя опора шасси балочного типа со встроенным и выносным ЖГА, демпфером шимми, двузвенником (шлиц-шарниром) и механизмом разворота колеса;
•  ПОШ крепится к силовому шпангоуту фюзеляжа и убирается вперед против потока;
•  конструкция ООШ подобна ПОШ за исключением размеров, направления установки подкоса (перпендикулярно ПСС) и способа крепления колеса (на оси консольно)
•  ПОШ крепятся к силовому шпангоуту и бимсам фюзеляжа и убирается в фюзеляж и крыло перпендикулярно ПСС;
•  тормоза шасси дисковые охлаждаемые с автоматикой регулировки усилия торможения, исключения юза и перегрева;
•  система управления шасси (поворот колеса ПОШ и торможение в движении, стояночное торможение и уборка-выпуск) сблокированы с системой управления самолетом и силовой установкой.

Состав оборудования и вооружения – см. табл. в конце раздела.

 

Эскизный проект в 1-й редакции был закончен в июне 1987 г., но защиту не прошел и был полностью переработан. Общий вид и компоновка самолета были «заморожены» в мае 1988 г.

 

На этапе Dem/Val было сооружено несколько стендов и построены ЭПР-модели самолета в натуральную величину

Опытные образцы YF-22

 

YF-22 (ATF Dem/Val, зав. № 3999, гражданский рег. № N22YF, рег. № ВВС 87-700) 1-й опытный, тактический истребитель.

 

Самолет построен опытным производством фирмы в г. Мариетта, но окончательная сборка выполнена на авиабазе ВВС Dobbins Air Reserve Base (Мариетта, Джорджия). В производстве планера принимала участие фирма «Боинг».

 

Самолет построен в частичной комплектации (без вооружения и боевых систем) с двигателями YF120-GE.

 

Шеф-пилот фирмы «Локхид» Д. Фергюсон (Dave Ferguson) совершил первый полет на этом самолете 29.09.90 г. (самолет YF-23 совершил первый полет 27.08.90 г.). 25.10.90 г. самолет впервые превысил скорость звука. В начале ноября 1990 г. самолет достиг числа М=1,58 на бесфорсажном и М=2 на форсажном режимах. За 3 первых месяца оба прототипа выполнили 74 полета.

 

В ноябре 1990 г. прошли испытания маневренных качеств, в т.ч. были выполнены полные виражи на углах атаки до 60 град.

 

В декабре 1990 г. прошли пуски УР AIM-9 и AIM-120 (с инертными БЧ) из центрального и боковых отсеков.

 

 

Этап испытаний Dem/Val завершился 28.12.90 г. Самолет одержал победу (о чем было объявлено в апреле 1991 г.) в конкурсе над YF-23 т.к.:

• первым приступил к полетам на больших углах атаки;
• первым приступил к стрельбам;
• имел более высокий уровень БРЭО;
• имел лучшую компоновку кабины.

Кроме того, сыграл свою роль факт успешного применения самолета F-117A  в войне в Ираке.

 

В ходе дальнейших испытаний, проводившихся фирмой, на самолет установили двигатели F119-PW. После завершения испытаний самолет использовался некоторое время для наземных испытаний.

 

В 1997 г. самолет был передан в USAF Museum, Dayton, шт. Огайо.

YF-22 (ATF Dem/Val, зав. № 4000, гражданский рег. № N22YX, рег. № ВВС AF 86-022, затем 87-701) 2-й опытный, тактический истребитель.

 

Самолет построен опытным производством фирмы в г. Мариетта, но окончательная сборка выполнена на авиабазе ВВС Dobbins Air Reserve Base (г. Мариетта, Джорджия). В производстве планера принимала участие фирма «Боинг».

 

Самолет построен в частичной комплектации (без вооружения и боевых систем) с двигателями YF119-PW-100.

 

30 октября 1990 г. летчик-испытатель концерна «Локхид – Мартин» Томас Моргенфельд (Tomas Morgenfeld) cовершил первый полет на первом опытном истребителе YF-22.

 

В апреле 1992 г. самолет был доработан и передан на этап EMD. Но в мае 1992 г. при выполнении упражнения "конвейер" (touch-and-go) во время движения по ВПП АВБ Эдвардс вошел в раскачку (по др. данным раскачка началась еще в воздухе) самолет, сошел с полосы и загорелся. Самолет был отремонтирован, но для полетов больше не использовался, а служил для испытаний РЛС и антенных систем на наземном стенде в Rome Air Development Center, Griffiss AFB, шт. Нью-Йорк.

 

По завершении этой программы некоторое время использовался для наземных показов в рекламных целях.

 

Списан.

 

 

Статические образцы для прочностных и ресурсных испытаний

 

F-22 № 91-3999 опытный статический № 1, тактический истребитель. Статический образец для прочностных испытаний на статическую нагрузку. Построен концерном «Локхид – Мартин» в частичной комплектации.

 

Прочность планера оказалась недостаточной. По результатам испытаний пришлось вносить в конструкцию самолета значительные доработки.

 

F-22 № 91-4000 опытный статический № 2, тактический истребитель. Статический образец для частотных и прочностных испытаний на ресурсную нагрузку. Построен концерном «Локхид – Мартин» в частичной комплектации.

 

Ресурсная прочность планера оказалась недостаточной. По результатам испытаний пришлось вносить в конструкцию самолета значительные доработки.

 

Самолеты F-22A и GF-22A серии EMD (Engineering and Manufacturing Development)

 

F-22A (ATF) проект этапа Engineering and Manufacturing Development (EMD), тактический истребитель. Предложения по доработке проекта были сформированы к концу 1990 г. От проекта Dem/Val имел ряд отличий, см. ниже.

Основные отличия по силовой установке:

• в систему УВТ введен режим синхронного открытия створок наружу на предельный угол для использования их в качестве тормозных щитков;
• изменены расположение, конструкция и объем баков;
• число подвесных баков увеличено с двух до четырех;
• для улучшения обзора назад корпуса и каналы ВЗ укорочены на 356 мм.

Основные отличия по крылу:

• сделано новое крыло большей площади с измененной формой на виде в плане, силовым набором большей прочности (например, число вспомогательных лонжеронов увеличено с 7 до 18 и они протянуты за 4-ю нервюру до закоцовки, передняя кромка имеет прямую стреловидность, уменьшенную по сравнению с проектом Dem/Val с 48 до 42°, на ЗК у законцовки сделан скос (все это снизило ЭПР, улучшило аэродинамические качества и прочность крыла).

Основные отличия по фюзеляжу:

• сделан полностью новый фюзеляж, мидель, смачиваемая поверхность и объем уменьшены, НЧФ укорочена, обтекатель РЛС стал более «полным»;
• для улучшения обзора вперед кабина сдвинута на 178 мм вперед;
• из конструкции фюзеляжа исключен тормозной щиток на верхней поверхности его средней части;
• прочность и жесткость каркаса фюзеляжа увеличены за счет сечений силовых элементов;
• доля композитов в конструкции фюзеляжа уменьшена, а металла (в основном, алюминиевых сплавов) увеличена;
• увеличено число люков для обслуживания систем.

Основные отличия по оперению:

• сделано полностью новое ГО большей площади, на виде в плане оно имеет стреловидную форму со срезанными законцовками;
• новый силовой набор ГО состоит из силовых кромок по периметру, двух нервюр, 8 коротких лонжеронов между корневой и 2-й нервюрами, а также одного главного лонжерона, к которому крепится ось вращения консоли;
• ВО сдвинуто назад и уменьшено на 20% по площади;
• силовой набор киля состоит из силовой передней кромки и законцовки (единый агрегат), двух главных и 11 вспомогательных лонжеронов, 6 нервюр.

Контракт на 9 самолетов этапа EMD был выдан в августе 1991 г.

 

Вместе с тем общий заказ был сокращен с 750 до 648 самолетов, а плановый среднегодовой темп выпуска для ВВС США с 75 до 48 самолетов.

 

F-22A и GF-22A «Раптор» опытной серии EMD (заводские номера и номера ВВС – см. табл.), тактический истребитель.

 

 

Самолеты этой серии были опытными машинами, но получили официальное обозначение ВВС F-22A и наименование Raptor – хищник, хищная птица, хищный ископаемый ящер).

 

Самолеты предназначались для проведения заводских летно-доводочных испытаний и официальных эксплуатационных испытаний ВВС.

 

Строились на заводе «Локхид – Мариетта» (товаросдатчик) по серийной КД, но часть штатного оборудования занимала КЗА.

 

Самолеты строились тремя блоками (I, II, III, см. ниже), всего построено 9 самолетов.

 

Подробные тактико-технические данные опытного самолета YF-22 смотрите в таблице F-22 data part 1

 

Состав оборудования и вооружения опытного самолета YF-22 смотрите в таблице F-22 Avionics and Weapon part 1

 

Сравнение сроков разработки и испытаний самолетов F-22, F-23 и Т-50 смотрите в таблице V Generation Fighters Cycles

 

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

 

Продолжение следует