6 декабря 2012  Фото http://bulkin-s.livejournal.com/ В прошлой заметке мы разбирались с поколениями истребителей. Продолжаем цикл. Невидимки Что же такое технологии стелс? Цель их — сделать истребитель малозаметным для противника. Прежде всего это относится к малозаметности для вражеских локаторов, затем — для тепловых самонаводящихся ракет, ну а в идеале — и для глаз противника вообще. Причём, "невидимки" пытались создавать ещё в начале прошлого века, обтягивая тогдашние "этажерки" прозрачным материалом вместо ткани (на фото). Применяли и маскировочную окраску (верх зелёный, низ — голубой), потом изобрели камуфляж... 
Прозрачный самолет Fokker E.III Eindecker. Фото http://strangernn.livejournal.com/ Ну а потом появились РЛС, которые "видят" гораздо дальше, чем человеческий глаз (а также головка самонаведения ракеты), и эту задачу надо было решать в первую очередь. Уфимцев Начало ещё в 60-х годах положил советский математик Уфимцев, изучающий отражение радиосигнала. Ведь как работает локатор? Он посылает короткий сигнал, а потом смотрит, не отразилось ли чего обратно? Отразилось — летит кто-то! Посылаем запрос системой "свой — чужой": ты кто? Запрос (и ответ тоже!) жутко засекреченный, и коды меняются чаще, чем раз в сутки, враг ответить не сможет. Ответил "я свой", курим дальше, не ответил — стало быть, враг! Ну или ответчик сломался :) В мирное время высылаем перехватчик — разобраться и принудительно посадить, в военное — сбиваем ракетой сразу. Так вот, Уфимцев опубликовал в открытом, не секретном научном журнале статью об отражении радиосигнала от плоских поверхностей, где доказал, что так можно создать объект, незаметный для РЛС. Суть очень проста: вы светите фонариком на зеркало, которое находится против вас, и получаете отражённый зайчик прямо в глаза. А если зеркало хоть немного повернуть в сторону, зайчик улетит в другое место. Другой пример. Все мы видели вечером ползущие по небу "звёздочки" - искусственные спутники Земли. А почему они светятся? Солнышко давно ушло за горизонт, но лучи его оттуда попадают на спутник, а он их отражает нам. А видели спутники, которые мигают - то светятся, то гаснут? Наверняка. Вот только это не спутники, а последние ступени ракет. Вывели они спутник на орбиту и отстыковались за ненадобностью. Куда же им бедным деваться? Так и крутятся на орбите, пока не снизятся и в атмосфере не сгорят. Но каждый уважающий себя спутник имеет систему ориентации: ведь антенны и объективы должны смотреть не куда попало, а куда нужно. А ступени ракет такой системой не оборудуют, вот они и кувыркаются потихоньку — и от импульса при отстыковке, и от метеоритной пыли, и от солнечного ветра... А потому светятся только тогда, когда повернутся к нам под нужным углом. Точно так же ведёт себя и стелс, сделанный по теории Уфимцева: его почти не видно, но если при крене на вираже одна его плоскость повернётся нужным образом, он великолепно блеснёт локатору. Наши авиаторы, почитав статью, подумали: самолёт сплошь из плоских поверхностей? Не годится! А вот американец Бен Рич загорелся этой идеей, причём "Локхид" настолько проникся, что для пущей секретности даже заставил главного конструктора будущей "невидимки" сменить имя. А Уфимцев, как говорят, обиженный непризнанием его талантов, в конце концов "свалил" в США. О феерических результатах этой работы расскажу позже, а пока думаю: не специально ли наши выпустили Уфимцева в США? Очень уж на диверсию похоже :) 
F-117 NIGHTHAWK. Фото http://plane-wallpaper.blogspot.com Потом теория совершенствовалась, и угловатых форм удалось избежать путём сложных компьютерных расчётов. Мастика Для пущей незаметности радиоволны можно не только отражать, но и поглощать. Если самолёт, сделанный по чистой теории Уфимцева, можно сравнить с зеркалом, направленным в нужную сторону, то в этом случае — с зеркалом, закрашенным чёрной матовой краской. Для этого самолёт покрывают специальной радиопоглощающей... нет, не краской, а мастикой. Толстым слоем. Например, чтобы покрыть мастикой один F-22, требуется здоровенная бочка — 250 кг. Грубо говоря, минус одна хорошая бомба или ракета. Беда в том, что мастика эта смывается водой, то бишь летать в дождь нежелательно. А заодно топливом и маслом. Да и после каждого полёта, особенно на сверхзвуке, приходится её восстанавливать. На днях читал сообщение, что в России изобрели краску на основе нанотехнологий, которую будут применять и на ПАК ФА, и на других самолётах. Она воды не боится. Подробности, как всегда, секретны. Как и всё вокруг невидимок. ЭПР Как измерить "стелсовость"? Мы ведь уже знаем, что отражение может радикально измениться от малейшего поворота или крена. Ввели понятие "эффективная поверхность рассеивания" (ЭПР), или "эффективная отражающая поверхность" (ЭОП). Сравнивают самолёт с плоским металлическим листом, причём параметры самолёта как-то усредняют. И говорят: ЭПР равна пяти квадратным метрам. Или двум. Или 0,01 кв.м., как уверяют в случае с F-22. Ну и конечно, это — усреднённый параметр: под какими-то ракурсами он будет меньше, под какими-то — больше. Саму ЭПР новых самолётов никто не афиширует: зачем противника баловать? Дают примерную величину в рекламных целях, а там хочешь верь, хочешь не верь. То ли врут, чтобы тебя запугать, то ли нет... Плазма Мы узнали два способа: Уфимцева и поглощающее покрытие. Есть ещё один, даже более секретный. Это — генератор плазмы на самолёте. Оказывается, самолёт, окутанный "облачком" плазмы, тоже становится невидимкой: плазма поглощает радиоволны не хуже мастики, а генератор гораздо легче краски. Причём ставить его можно на любой самолёт — даже старого типа. Как был Су-27 сверхманёвренным, так и останется, но станет невидимкой. Можно даже на собственный автомобиль поставить, и наслаждаться удивлёнными физиономиями гаишников, трясущих свой радар :) Способ этот прошёл государственные испытания ещё в 90-х, и должен был применяться на самолёте пятого поколения МиГ-1.42. Но... мы знаем, что и страна развалилась, и финансирование прекратилось, и работы над истребителем свернули. Говорят, что этот способ применят и на ПАК ФА, в дополнение к двум уже известным. А затем — и на старых самолётах. Тепло Кроме локаторов хотелось бы уберечься и от тепловых (самонаводящихся) ракет. А ведь из реактивных двигателей выходят мощные потоки газов, температуру которых сложно сделать меньше 500 градусов. Прекрасная мишень для ракеты! Американцы пошли по пути распределения этого тепла в пространстве: вместо привычного круглого сопла двигателя они делают плоское, щелевое сопло, смешивают горячие газы с холодным воздухом, и т. д. Неплохой метод, но у него есть крупный недостаток: всеракурсный управляемый вектор тяги (УВТ) уже не сделаешь, а значит — прощай, сверхманёвренность. Вот тут, на видео, хорошо видно, как сопло с УВТ работает. видео
Наши пошли другим путём: от УВТ отказываться не стали, а тепло отбирают другими способами, хотя об этом тоже не особо распространяются. Недостатки невидимок Ну то, что формы невидимок не очень хорошо сочетаются с аэродинамикой, мы уже поняли. То, что краска много весит и хорошо смывается - тоже, но эти проблемы практически уже решили. А вот один недостаток буквально портит всю малину, то есть, идею. Те, кто читал книжки типа "Занимательная физика", знают, что человек-невидимка сам становится слепым. Почему? Так ведь прозрачную стеклянную линзу мы прекрасно видим, правда? А глаз — это тоже линза, со всеми вытекающими... Ну или так: он невидимка, но на высоте 170 см зыркают два прозрачных глаза. Жуть! Та же проблема и со стелсами. Представьте, что вы идёте ночью в чёрной одежде. Вас не видно. Но дорогу и встречных прохожих не видно и вам тоже. И вы включаете фонарь... А ведь бортовая РЛС — это не фонарь, это мощный прожектор! Выходит, что стелс — слеп как крот. Или он не стелс. И рассуждения о том, что стелс увидит вас гораздо раньше, чем вы его, а значит, и пустит в вас ракету первым, весьма сомнительны. Мне возразят, что на новейших истребителях стоит РЛС с активной фазированной антенной решёткой (АФАР), которая умеет щупать пространство малозаметным тоненьким лучиком. Но ведь любой, самый тоненький лучик всё равно гораздо мощнее того дохлого отражённого сигнала, который обычно видит ваша РЛС. Скажут, что бортовая РЛС видит только свой отражённый сигнал? Так это надо держать конструкторов РЛС за идиотов, которые до сих пор поленились предусмотреть и такой режим работы. Мало того, что стелс слепой, он ещё и немой. Хорошо, хоть не глухонемой. Радиостанцию в режиме приёма использовать можно, а вот самому говорить — это тоже демаскировка. Хоть открытым текстом, хоть зашифрованными кодами. То есть, даже обмениваться между собой информацией от РЛС, как это делают МиГ-31 и Су-27, стелсы не могут. Сиди и тупо выполняй то, что тебе земля приказывает и джи-пи-эс показывает. Если их враг не заглушил... И даже систему "свой-чужой" приходится отключать на время выполнения миссии. Зачем? Представьте, что США совместно с англичанами и французами демократизируют очередную нефтяную страну. Летит стелс на задание, и вдруг кто-то из "своих" запросил его. Он ответил, это ведь автоматически происходит. И этот ответ хоть и не поняли, но прекрасно увидели и враги. А с выключенным ответчиком есть риск, что собьют свои же. Ведь не всех своих надо предупреждать, что стелсы летят на задание - среди них может быть предатель. Риски все эти не слишком большие, но их надо учитывать. Ещё одна беда. Американцы то ли не знали, то ли забыли, что радиоволны бывают разные. Например, в СССР бортовые самолётные РЛС работали на длине волны примерно 3 см, корабельные - 10 см, а наземные - 30 см. Этот диапазон ещё называют метровым (в прессе), хотя фактически он дециметровый. И радиоволны в этом диапазоне отражаются от предметов совсем не так, как трёхсантиметровые. Грубо говоря, "стелсы" в нём хорошо видны. Но даже с бортовыми РЛС возникают странности, заставляющие сомневаться в победных реляциях: "Летчик-испытатель Ларри Нильсен в интервью World Air Power Journal заявил о том, что радар, установленный на МиГ-29, видит В-2 (это американский стелс-бомбардировщик, стратегический, совершенно чумовой по цене) даже на фоне земли. По его мнению, почти наверняка можно предположить, что БРЛС МиГ-31 и Су-27, также способны селектировать такую цель, причем на гораздо большей дальности". Это о тех МиГ-29, которые попали в НАТО после объединения двух Германий, то есть — самых древних модификациях МиГ-29. http://suavia.info/page/23/ А ведь на маленьком МиГ-29 радар довольно слабенький... И ещё оттуда же: "...Доклад об испытаниях МиГов был заслушан комиссией Конгресса. В нем, в частности, отмечалось, что "планируемые работы по снижению до необходимого уровня РЛ заметности В-2 многократно превышают по затратам работы, направленные на модернизацию БРЛС советских истребителей". И уж совсем добивает такая фраза: "Дальность обнаружения летательного аппарата равна корню четвертой степени от изменения величины ЭПР. Например, если радар способен обнаружить цель с ЭПР 10 кв. м на дальности 100 миль, то цель с ЭПР 5 кв. м будет обнаружен на дистанции 84 мили. Цель с ЭПР 1 кв. м будет обнаружена на дальности 55 миль. Таким образом, снижение ЭПР на 90% сокращает дальность обнаружения на 45%. Сокращение ЭПР в 1000 раз снизит дальность обнаружения на 82%". Но и это ещё не всё. Есть ведь и такая хитрая РЛС, как "Кольчуга". Она вообще ничего не излучает, то есть, её даже уничтожить проблематично, если не знаешь точно, где она спрятана. А стелсы она видит не хуже обычных самолётов, и даже сможет отличить их от других типов. Как же она работает? Очень грубо поясню. В эфире всегда есть какие-то радиоволны. Радиостанции, телевизионные передатчики, базовые станции мобильной связи, и т. д., и т. п. Глянули своими приёмными антеннами в какой-то квадрат, запомнили картину. Если в этом квадрате появится самолет — картина резко изменится, ведь радиоволны отражаются от самолёта, обтекают его и т. д. Если там появится стелс, пусть даже такой, который поглощает все волны, картина всё равно изменится, даже ещё ярче. А по характеру изменений видно: стелс! "Ребята, классный улов! Ракеты к бою!" Конечно, математика там сложнейшая. Но "Кольчуга" давно в серии, значит, справились. А вот англичане, как говорят, тоже пытались разработать нечто подобное. Причём заранее сильно упростили себе задачу: использовали только частоты мобильной связи (скажите, а в Афганистане или Ираке она есть? А во время войны она точно будет работать?) Увы, извилин английским сэрам так и не хватило даже на это. Зато "Кольчугу" производили не только в России, но и на Украине, на донецком "Топазе". Что надо сделать? Обвинить Украину в том, что они якобы продавали её в Ирак. И под эту лавочку затребовать полный комплект конструкторской документации и комиссию на завод... Сколько уже секретов Украина разбазарила... А дешёвый газ почему-то клянчит у России, а не у США или Англии... И совсем уже добила новость о том, что для ПАК ФА и Су-35 разработана дополнительная длинноволновая РЛС, антенны которой будут встраиваться в передние кромки крыла. Стелсы для неё — не проблема. Есть и ещё способы борьбы с невидимками. Это ведь общий закон: на каждый яд всегда находится противоядие, на каждый меч — свой щит. Надеяться на вундерваффе глупо: пока ты его широко внедришь в войска, противоядие уже найдут. В общем, невидимка — вещь хорошая, стремиться к этому надо, но делать из неё фетиш, как некоторые, тем более - жертвуя ради этого другими важными характеристиками, вовсе не стоило. Бесфорсажный сверхзвук Вероятно, не все знают, что крейсерская скорость большинства современных истребителей точно такая же, как и у пассажирских самолётов: 850-900 км/час. Это самый экономичный режим полёта. А вот для того, чтобы догнать супостата, можно включить форсаж и разогнаться примерно до 2500 км/час. Проблема только в том, что двигатели на форсаже — очень прожорливы. Вот и решили, что истребитель должен летать со скоростью 1500-1800 км/час без включения форсажа. Для этого, прежде всего, надо увеличивать тягу двигателей. Правда, как ни крути, а сопротивление воздуху тоже надо снижать. Зачем нужно увеличивать крейсерскую скорость? Ведь догнать или удрать можно и на форсаже, а в нормальном полёте и дозвуковой скоростью обойтись. Но высокая скорость позволяет быстрее достичь боевого рубежа, а значит - успеть раньше, чем опомнится противник. Ну и удрать после выполнения миссии тоже. Высокая манёвренность тоже входит в требования к пятому поколению. Зачем же она нужна? Во-первых, в ближнем бою успеть развернуться на противника раньше, прицелиться первым, а значит – победить. Или наоборот, суметь уйти от насевшего на тебя противника. Во-вторых, суметь увернуться от пущенной в тебя ракеты противника. В-третьих – обмануть вражеские локаторы. Если самолёт сбросит скорость почти до нуля, локатор его потеряет. А что нужно для достижения сверхманёвренности? Требований много. Нужно снизить устойчивость самолёта до нулевой или даже отрицательной. При этом управлять им вручную, когда органы управления связаны напрямую с рулями, становится невозможно. Управление берёт на себя автоматика, а лётчик, грубо говоря, только приказывает ей, что делать. Нужно увеличить тягу двигателей настолько, чтоб она превышала вес самолёта. В таком случае говорят, что удельная тяга больше единицы. Нужно, чтобы двигатели "хорошо себя чувствовали" на больших углах атаки. Реактивный двигатель – очень сложная и требовательная штука. Ему для работы нужен строго определённый поток воздуха, и он регулируется специальными устройствами. На МиГ-21, к примеру, это конус зелёного цвета в носовой части. Он может двигаться вперёд и назад, регулируя поток воздуха в двигатель. Разумеется, автоматически, лётчик этим не заморачивается.  Фото www.planers32.ru
Но если угол атаки превысит критический, то поток воздуха в двигатель нарушится, а это очень неприятный и опасный режим, и за этим лётчику приходилось следить. Вот что говорит английский лётчик: ""Никогда не забуду первый демонстрационный полет Су-27 в Париже, устроенный "Бритиш Аэроспейс" (British Аerospace) вместе с конструкторами и летчиками-испытателями "ОКБ Сухого", - таковы впечатления от "премьеры" истребителя у летчика британских ВВС Джона Фарлайта. - Виктор Пугачев делал вираж на Су-27 в 360 градусов за 10 секунд, средняя скорость на вираже - 36 градусов/с. А мы тогда лишь надеялись, что наш истребитель следующего поколения сможет достигнуть 25 градусов/с. Это та скорость, с которой пилот способен развернуть самолет, чтобы весь комплекс вооружения был готов к атаке. Если предположить, что наша новая машина встретится в бою с Су-27, через 10 секунд ей останется, притом, если очень повезет, выпустить шасси и сесть. Для обыкновенного зрителя аэрошоу лишь поверхностное действие, но если вы принадлежите к специалистам авиационной промышленности, то по маневрированию боевых машин вполне определите пределы, в которых может пилотировать самолет. И естественно, когда видите, что для Су-27 пределов нет, или что самолет идет на вертикаль, доходит до остановки, падает обратно вниз, выходит в нормальный полет и делает это не раз и не два, а раз за разом, то понимаете, что это не исключение, не трюк, а норма. Сложность данного маневра не в том, как войти в режим, а как выйти из него. Обычно нам не разрешается превышать углы атаки 20-25 градусов: если превысить - теряем управление машиной... Но русские выполняют свои маневры, изменяя угол атаки в большом диапазоне, при этом оставаясь уверенными в управлении самолетом с абсолютно симметричным обтеканием. То же самое касается двигателей. Западные двигатели "страдают" строгими ограничениями по углам атаки. В полете на наших истребителях приходится думать одновременно и о маневрах противника, и о собственных ограничениях с аэродинамической точки зрения - о том, чего не должен делать летчик. Разумеется, такая ситуация не слишком комфортна для летчика, для него гораздо легче, когда можно делать все что угодно, чтобы суметь нацелиться на противника и преследовать его. То, чего добились русские, поразило нас до глубины души". Су-27 своими революционными дизайном и аэродинамикой установил новые стандарты в производстве истребителей". А американский лётчик-испытатель, которому посчастливилось полетать на Су-27 с Анатолием Квочуром, пишет о манёвре "Кобра": "Желая увидеть всё, что возможно, я дал знать Квочуру, что хочу, чтобы он показал что-нибудь из его программы на Су-27. Он взял управление, как маэстро принимает инструмент. Моё пиликание на скрипочке превратилось в концерт для виолончели. Его вводы были обычно плавны и продуманны. Самолёт отвечал на них, как мурлыкающая кошка… …Несмотря на радикальное изменение углов тангажа, весь манёвр прошёл при перегрузке, не превышающей 3-х G. Двигатели вели себя очень достойно, несмотря на, казалось бы, самоубийственное обращение с ними. Во время всего манёвра не было даже малейшего намёка на потерю управляемости". Но критическими углы атаки бывают не только для двигателя, но и для крыла, как видно из приведённых цитат. Срыв обтекающего потока может испортить всю малину. И вот тут помогает так называемая "вихревая аэродинамика". Явление это обнаружили давно, ещё в 60-х годах, на МиГ-25, когда заметили, что его верхняя "губа" воздухозаборника создаёт вихрь на верхней поверхности фюзеляжа, и этот вихрь увеличивает подъёмную силу на больших углах атаки. Кстати говоря, эти же вихри "затеняли" киль, который оказывался в малоэнергичном потоке между ними. Отсюда и сохранившиеся в последующих машинах два киля. 
МиГ-25, фото www.testpilot.ru Был один важный фактор, заставивший заняться проблемой сверхманёвренности. Я сейчас приведу одну цитату, убрав ключевые слова, а вы попробуйте угадать, о какой машине идёт речь. "... быстро поняли, что на ... можно делать буквально все, не опасаясь сваливания, потому что в устойчивый штопор загнать ... затруднительно, а из сваливания он выходит запросто, летали на малых скоростях, теряли скорость до "нуля", падали и на хвост, и "листом". К тому же двигатель ... работал устойчиво на всех "экзотических" режимах полета". Угадали? Думаете, МиГ-29? Нет, это - МиГ-21. И пишет это лётчик-испытатель Борис Орлов о сирийских лётчиках, которые в начале 70-х воевали с Израилем. Так летать их заставила война, то есть, это был бесценный боевой опыт, игнорировать который было бы неразумно. Командировка Б.А. Орлова в Сирию была связана с претензиями сирийцев на участившиеся случаи разрушения двигателя. Оказалось, что сирийцы нарушали ограничения, указанные в руководстве по лётной эксплуатации (РЛЭ) на МиГ-21. Но ведь заставила их нарушать жизнь, а не блажь: "Инструкция по летной эксплуатации ограничивала минимальную скорость полета, но когда мы указали на это сирийским летчикам, они резонно заметили, что им не до инструкций, если на хвост сел "Мираж", а летчик МиГа знает, что может затянуть противника на такой режим, где тот попросту упадет..." Отсюда - сделали справедливый вывод: "...если уж самолет позволяет делать все, что может пригодиться в бою, то и его двигатель должен терпеть все..." И постепенно в КБ и в ВВС сформировалась группа сторонников высокой манёвренности будущих истребителей, им удалось преодолеть сопротивление чинуш, которым дороже была спокойная жизнь в уютном кресле... Подробнее обо всём этом можно почитать здесь: Б.А.Орлов. "Записки летчика-испытателя" - Контрольный полет. Подводим итог: вихревая аэродинамика в СССР – заслуга ОКБ МиГ совместно с ЦАГИ. Вот результат, на котором сами вихри, благодаря лёгкому туману в воздухе, очень хорошо видно: 
Источник фото
Должен сказать, что вихревая аэродинамика известна и в других странах, в том числе, разумеется, и в США. И я не собираюсь утверждать что либо о приоритетах в области вихревой аэродинамики, не знаю, просто рассказал, как это было в нашей стране. 
Американский палубный истребитель-бомбардировщик и штурмовик Макдоннел-Дуглас F/A-18 "Шершень". Фото http://bigpicture.ru/ Электронный помощник пилота позволяет не отвлекаться лётчику на рутинные операции, ему выдаются готовые подсказки, а он уже решает, подходят ли они ему. Кроме того, автоматика исправляет грубые ошибки лётчика и делает ещё множество дел, чтобы не отвлекать лётчика от боевой задачи. | 
