© ОКБ Сухого
ТАСС — о первом отечественном истребителе из композитных материалов
25 лет назад состоялся первый полет самолета С-37 "Беркут" (Су-47) — звезды авиационного мира и предшественника Су-57. Поднял машину в воздух летчик-испытатель ОКБ Сухого Игорь Вотинцев в сентябре 1997 года. Этот экспериментальный истребитель показал, что современные материалы позволяют создавать конструкции, которые раньше казались фантастикой. Подробнее о рождении первого отечественного крыла из композитных материалов читайте в материале ТАСС.
Су-47 "Беркут" был впервые показан широкой публике на авиасалоне МАКС-1999, где совершил показательный полет. Машина резко выделялась на фоне остальных благодаря крылу обратной стреловидности и черной окраске. В СМИ его моментально окрестили истребителем XXI века и сообщали, что машина должна в ближайшее время пойти в серийное производство. На самом деле "Беркут" был опытно-экспериментальным самолетом, предназначенным для отработки компоновочных, технических и технологических решений в рамках работ по истребителям нового поколения. Работы по этой теме начались в ОКБ под условным шифром С-22.
С 1983 года проект самолета с крылом обратной стреловидности развивался как модернизация Су-27 для ВВС СССР, однако он был закрыт в 1988 году. Далее заказчиком выступил ВМФ СССР, и истребитель переименовали в Су-27КМ (корабельный модифицированный), но и этот проект был остановлен после распада Советского Союза.
Но работы не прекращались ни на минуту. Создание "Беркута" — инициативная разработка ОКБ Сухого (входит в ОАК) и в частности — генерального конструктора Михаила Симонова. "Суховцы" отлично понимали, что нужно создавать задел для истребителя пятого поколения, который обладал бы в том числе сверхманевренностью, способностью сохранять устойчивость и управляемость на углах атаки до 90 градусов для ближних воздушных боев. Обратная стреловидность крыла подходила для решения этих задач как нельзя лучше. Главным конструктором по теме был назначен Михаил Погосян.
Обратная сторона стреловидности
Крыло обратной стреловидности обладает меньшим индуктивным сопротивлением, потому что воздушный поток перетекает от законцовок к его корневому сечению. Интенсивность образования концевого вихря снижается, а поэтому повышается аэродинамическое качество. Как следствие — растут взлетно-посадочные характеристики самолета, маневренность, подъемная сила, дальность полета на дозвуковой скорости. Кроме того, улучшаются условия работы крыльевой механизации, увеличиваются внутренние объемы планера, что особенно важно для истребителя пятого поколения, который должен нести вооружение во внутренних отсеках.
Но создать такое крыло — сложная задача. Особенностью крыла обратной стреловидности является то, что при достижении определенных скоростей полета происходит "скручивание" законцовок крыла, что может привести к разрушению всей конструкции. Чтобы избежать этого, крыло должно иметь очень высокие жесткостные характеристики, и сделать это на сверхзвуковом истребителе с помощью авиационного алюминия и даже стальных сплавов практически невозможно. Ситуация изменилась только в 1980-х годах, когда широкое распространение в авиации начали получать композитные материалы.
Да здравствует композит!
Композитные материалы, которые позволяют создавать легкие и прочные конструкции, состоят из двух или более компонентов. К примеру, армированный железобетон по некоторым параметрам лучше камня. В авиационной технике чаще всего используется углепластик, состоящий из нитей углеродного волокна, соединенных полимерным связующим. Такой материал намного легче стали, а в некоторых случаях прочнее ее.
Сегодня применение композитных материалов стало повсеместным. Например, из них создано крыло российского среднемагистрального лайнера МС-21, композиты составляют 25% от веса пустого истребителя пятого поколения Су-57. "Беркут" стал базой для отработки таких технологий, его конструкция выполнена из композитов на 13%, что по меркам 1990-х годов было настоящим прорывом. Больше всего композитов было использовано в крыле самолета, в котором их доля составляла около 50%.
Изготовить панели для крыла обратной стреловидности для "Беркута" поручили Обнинскому научно-производственному предприятию "Технология" (также входит в Ростех). В панелях использовался новый материал, разработанный ВИАМ, который не уступал по своим характеристикам лучшим в то время мировым образцам углепластиков. В 1986 году изготовление панелей крыла впервые в СССР было выполнено методом автоматизированной выкладки.
Основой механизм станка автоматизированной выкладки © ОНПП "Технология"
"В то время у нас была единственная в России установка для автоматизированной выкладки, но ее программы обеспечивали работу только в двух плоскостях. Мы вручную настраивали станок еще на две координаты. Это была простая, но кропотливая работа: как только подпружиненная "головка" "садилась" на концевой выключатель, мы начинали подбирать координаты, чтобы она дальше двигалась так, как нам нужно. Эмоции незабываемые! Месяц работал без выходных", — вспоминает начальник отдела автоматизации технических процессов ОНПП "Технология" Валерий Терновой.
Позже программисты "Технологии" разработали программное обеспечение, которое позволило автоматизировать рабочие процессы. Это была только одна из многих проблем, которые неизбежно возникают при внедрении новых материалов и методов производства. Но все они были решены конструкторами ОКБ Сухого и специалистами "Технологии".
Автоматизированная выкладка крыла обратной стреловидности "Беркута" © ОНПП "Технология"
"Это было непростое время. Закрывались заводы, в целом ситуация была сложная. А мы получили заказ на изготовление крыла обратной стреловидности для Су-47. Это колоссальный опыт, который послужил прорывом не только для авиации, но и для нашего производства. Был внедрен метод автоматизированной выкладки изделий для авиационной техники, доведены до высокого качества материалы, да и для рабочих это была отличная практика", — вспоминает оператор станков с программным управлением ОНПП "Технология" Александр Конашенков.
Сломать черную птицу
Испытания первого в стране крыла из углепластика велись в ОКБ Сухого. Все участники проекта очень волновались, при каждом объявлении о приложении новой нагрузки с тревогой прислушивались к малейшему хрусту, не разговаривали. По их словам, особый нервный накал начался с первыми звонкими щелчками. Это означало, что внутренние напряжения приближаются к пределу прочности композита. Удивительно было видеть, как крыло сильно прогибается, но спокойно держит нагрузку. Углепластиковая конструкция с запасом выдержала расчетное тестирование.
К летным испытаниям Су-47 специалисты ОНПП "Технология" отнеслись спокойно, так как были уверены в надежности своих углепластиковых панелей. Но всех переполняло чувство гордости за результат, достигнутый в тесном содружестве материаловедов, прочнистов, конструкторов, технологов, испытателей, рабочих и мастеров предприятий ОКБ Сухого, ЦАГИ, ВИАМ и ОНПП "Технология".
С-37 "Беркут" (Су-47) © ОКБ Сухого
Летчики-испытатели говорили, что самолет габаритный, имеет мощные двигатели, но при этом очень легкий в управлении, совершить полет на нем без сложной переподготовки мог бы даже молодой выпускник военного авиационного училища.
На самолете удалось внедрить целый ряд новых конструктивных и технических решений, которые ранее не применялись на самолетах подобного класса: реализация большой степени продольной статической неустойчивости, использование в конструкции крупногабаритных фрезерованных панелей двойной кривизны и композиционных материалов в нагруженных элементах конструкции планера и т.п.
Гены "Беркута" в пятом поколении
Проект Су-47 был остановлен в пользу разработки истребителя Су-57, который сегодня поступает в войска. Но Су-47 сыграл огромную роль в его создании, позволив российским авиастроителям проверить ряд важных идей и собрать массу информации. По данным Ростеха, благодаря проекту разработаны новые конструкции, программное обеспечение и материалы. Уже исходя из этого, проект экспериментального истребителя можно считать безоговорочно успешным.
В 1999 году ОКБ Сухого добилось включения программы С-37 в государственный оборонный заказ, придав ей официальный статус, что послужило улучшению финансирования испытаний. В итоге "Беркут" стал незаменимой "летающей лабораторией". С 2004 года Су-47 — основная платформа для исследований в интересах тематики самолета пятого поколения.
По данным Ростеха, колоссальные знания о крыле обратной стреловидности из композитных материалов, полученные на испытаниях "Беркута", используются при создании беспилотных летательных аппаратов и гражданских самолетов.
Оценили 18 человек
26 кармы