С середины тридцатых годов XX в. ученые и конструкторы разных стран изучают тематику крыла обратной стреловидности. Исследования показали, что подобная архитектура самолета имеет ряд важных преимуществ перед традиционными схемами и представляет определенный практический интерес. Однако она не получила широкого распространения и не смогла потеснить иные конструкции. Кроме того, такое техническое решение хорошо показало себя только в отдельных областях.
Прямая или отрицательная
С середины прошлого века большинство самолетов всех основных классов оснащается крылом прямой стреловидности. Такая схема позволяет уменьшить лобовое и волновое сопротивление, а также сократить аэродинамические нагрузки на конструкцию. Все это способствует повышению скорости полета, улучшает маневренность и другие параметры.Однако стреловидное крыло имеет недостатки, связанные с тем, что часть воздушного потока перемещается вдоль плоскости. Так, на определенных режимах полета, в зависимости от достигнутого угла атаки, начинается т.н. концевой эффект. Движущийся вдоль плоскости поток начинает срываться с законцовки и создает вихри, которые уменьшают общую подъемную силу, ухудшают устойчивость и мешают работе элеронов, что портит управляемость.В тридцатых годах советские и иностранные ученые и конструкторы предложили оригинальный способ решения проблем стреловидного крыла – крыло обратной стреловидности (КОС). Предлагалось изменить расположение передней кромки с таким расчетом, чтобы законцовки оказывались в потоке впереди корневой части крыла.
На таком крыле продольная составляющая потока движется не к законцовке, а к центроплану, после чего уходит вдоль фюзеляжа. За счет этого концевой эффект возникает только на больших углах атаки, причем он не мешает работе элеронов. Увеличение обратной стреловидности и правильный подбор геометрии крыла позволяет усилить эти эффекты. Все это приводит к улучшению маневренности и дает новые возможности конструктивного характера.Впрочем, КОС не лишено серьезных недостатков. Специфика обтекания приводит к особым нагрузкам и возникает т.н. упругая положительная дивергенция. Поток с большой силой скручивает плоскость вокруг ее продольной оси, из-за чего возникает риск повреждения или разрушения конструкции. Возникают особые требования к применяемым материалам и технологиям строительства.
Ранние эксперименты
Первым летательным аппаратом с КОС считается советский планер БП-2 или ЦАГИ-2 конструкции В.П. Беляева, построенный в 1934 г. Этот аппарат показал хорошие аэродинамические характеристики и в целом подтвердил принципиальную возможность создания и использования КОС. В дальнейшем Беляев построил и испытал новые экспериментальные планеры.Через несколько лет по его проекту был построен бомбардировщик ДБ-ЛК. Двухфюзеляжная двухмоторная машина имела признаки «летающего крыла» и сужающиеся в плане плоскости обратной стреловидности. На испытаниях в 1939-40 гг. самолет показал неплохие летные характеристики, но отличался сниженной устойчивостью.
В тридцатых тематикой КОС занялись и за рубежом. К примеру, несколько опытных планеров построили и испытали в Польше, но дальнейшему развитию направления помешала Вторая мировая война. Уже во время войны эту тему начала развивать Германия. В феврале 1944 г. немецкие авиастроители подняли в воздух опытный самолет Ju-287 со стреловидностью -23° по передней кромке. Расчетная скорость такой машины превышала 800 км/ч, но скручивание крыла заставило остановить испытания до ее достижения.После войны этот проект получил развитие. Немецкие специалисты в советском ОКБ-1 разработали экспериментальный самолет EF-131 схожей схемы. С учетом опыта предыдущих испытаний, было решено уменьшить стреловидность. Тем не менее, проблема нагрузок не исчезла. Проект посчитали неудачным и закрыли.
Первые успехи
Впрочем, в ранней истории КОС имелись и успехи. Так, еще в 1936 г. свой первый полет совершил многоцелевой самолет Lysander, разработанный британской компанией Westland. Это был подкосный высокоплан с изломанной передней кромкой крыла. Корневая часть плоскостей имела заметную отрицательную стреловидность, консоли – меньшую. Машиной управляли два летчика, она несла пулеметы и бомбы малого калибра.«Лайсандер» показал высокие летно-технические характеристики и поступил на вооружение КВВС. Производство таких машин стартовало в 1938 г. и продолжалось до 1942-го. Было построено почти 1700 самолетов. В результате Lysander стал первым серийным и самым массовым самолетом с КОС в истории.
В конце сороковых тема КОС получила развитие в СССР, и в 1950 г. взлетел опытный ближнемагистральный самолет Ил-14. Характерной его особенностью являлось крыло со стреловидностью -3° по передней кромке; на центроплане находились гондолы двигателей. Это техническое решение улучшило аэродинамику и повысило характеристики на всех основных режимах.Ил-14 оказался удачной машиной, пошел в крупную серию и массово эксплуатировался на разных линиях. Для собственных нужд и для экспорта наша страна построила почти 1350 таких самолетов.В 1966 г. в эксплуатацию поступил многоцелевой самолет HFB-320 Hansa Jet от компании Hamburger Flugzeugbau из ФРГ. Машина с максимальной взлетной массой более 9,2 т получила сужающееся крыло со стреловидностью -15°, развитой механизацией и топливными баками на законцовках. Самолет развивал скорость 825 км/ч и показывал высокие взлетно-посадочные характеристики. Экипаж состоял из двух пилотов; пассажирская кабина вмещала до 12-15 чел.Достаточно высокие характеристики заинтересовали нескольких заказчиков, и HFB-320 пошел в серию. Было построено 47 машин. Сначала самолет использовался только на пассажирских линиях, но затем им заинтересовался Бундесвер. На удачной платформе выполнили самолет-постановщик помех.Следует отметить, что с пятидесятых-шестидесятых годов тема КОС завоевала популярность среди зарубежных производителей спортивных планеров. За несколько десятилетий был разработан целый ряд таких проектов, и некоторые дошли до крупной серии. Так, самым массовым в своем классе стал западногерманский планер середины шестидесятых годов Schleicher ASK 13, построенный серией численностью ок. 700 ед.
После успехов гражданского авиастроения возобновились исследования по тематике КОС для боевой авиации. Первый проект «нового поколения» был создан американской компанией Grumman в сотрудничестве с агентством DARPA. Целью программы с индексом X-29 являлась отработка конструкции самолета необычной схемы, построенного с применением современных технологий и компонентов.Для соответствия расчетным нагрузкам X-29 выполнили с широким применением композитных материалов. Планер получил переднее горизонтальное оперение и крыло со стреловидностью -30°. Еще одно нововведение опробовали в области бортовой аппаратуры. Самолет оснастили электродистанционной системой управления с тремя контролирующими компьютерами. Все это позволило сделать машину статически неустойчивой и в полной мере опробовать маневренный потенциал КОС.Летные испытания X-29 начались в 1984 г., использовалось две опытные машины. В целом были подтверждены расчетные характеристики и возможности. Кроме того, с лучшей стороны показали себя композиты и компьютеризированная ЭДСУ. Впрочем, проект X-29 сочли неудачным. Он не только продемонстрировал все преимущества необычного крыла, но и выявил ряд его недостатков. Дальнейшее развитие посчитали бессмысленным.С начала восьмидесятых годов аналогичный проект создавался и в СССР / России. КБ Сухого разработало и довело до испытаний экспериментальный самолет С-37 или Су-47, также известный как «Беркут». Первый полет этой машины состоялся в 1997 г., и следующие несколько лет ушли на эксперименты.
Опыты военного назначения
Самолет выполнили по схеме «интегральный продольный триплан» с передним горизонтальным оперением и хвостовыми стабилизаторами. Крыло имело композитную конструкцию и трапециевидную форму. Наплыв крыла имел положительную стреловидность 75°, затем следовала переходная часть, а передняя кромка консоли имела стреловидность -20°. Использовалась компьютеризированная ЭДСУ с многократным резервированием и запасной гидравлической системой.По известным данным, С-37 подтвердил все предварительные оценки. Он показал высокий потенциал и возможности КОС и новых систем управления, однако указал на наличие характерных аэродинамических трудностей. В связи с этим в начале двухтысячных работы по КОС свернули. При этом построенный Су-47 остался в строю – его стали использовать как летающую лабораторию для перспективной программы ПАК ДА.В качестве интересного примера военного применения КОС следует вспомнить американскую крылатую ракету воздушного базирования AGM-129 ACM, состоявшую на вооружении в 1990-2012 гг. Она была построена в корпусе характерной формы и имела раскладное крыло обратной стреловидности.Любопытно, что в этом случае КОС использовалось не для улучшения аэродинамики и летных данных, а в качестве элемента стелс-технологий. При подсвете спереди или снизу прямая или стреловидная передняя кромка отражает сигнал радиолокатора вперед либо в сторону, что увеличивает ЭПР летательного аппарата. КОС, в свою очередь, отражает сигнал на фюзеляж, который не позволяет ему вернуться к РЛС.
Таким образом, в ходе многочисленных исследований и испытаний реальных летательных аппаратов крыло обратной стреловидности подтвердило все свои расчетные возможности и преимущества. Кроме того, оно показало наличие некоторых ограничений и проблем, которые необходимо учитывать при разработке новых проектов.Следует заметить, что до массового производства дошли лишь отдельные образцы самолетов с КОС, причем все они относятся к нескольким классам. Это планеры или легкомоторные самолеты, а также гражданские лайнеры. Несмотря на все усилия конструкторов, сверхзвуковые сверхманевренные истребители с КОС пока не продвинулись дальше испытаний.Причины этого достаточно просты. Планеры или пассажирские самолеты позволяют реализовать основные преимущества КОС и улучшить летные данные без чрезмерного усложнения конструкции. Создание маневренного истребителя, в свою очередь, требует новых материалов и технологий, которые позволят ему выдерживать все специфические нагрузки. Как показала практика, даже компьютеры и композиты не позволяют решить все подобные задачи и гарантировать безопасную эксплуатацию и боевое применение.Вероятно, в будущем направление КОС продолжит развиваться. В разных странах будут проводиться эксперименты, и создаваться новые образцы техники. При этом не следует ожидать быстрого прогресса в этой области. Кроме того, по всей видимости, применение этой схемы так и ограничится легкой и пассажирской авиацией, в т.ч. безмоторной. Боевая авиация, в свою очередь, продолжит использовать проверенные и отработанные концепции.
