Конструкция, оборудование и вооружение современных военных самолетов

В любой исторический отрезок времени военная авиация на своем вооружении имела (и имеет) множество типов самолетов, в том числе относящихся к одному классу, которые были созданы в разное время. Отсюда такое разнообразие конструкций и форм. Изменение форм и пропорций узлов планера и их взаимной компоновки – это результат научных поисков, опыта конструкторов, меняющихся требований со стороны военных и даже своеобразная «мода» на те или иные новации. Это касается как формы крыла, фюзеляжа, оперения и местоположения двигателей, так и общей конструктивной идеи нового самолета, который должен быть совершеннее уже существующих машин.

Основным узлом планера самолета является крыло. Оно создает подъемную силу, решающим образом влияет на аэродинамическое сопротивление, определяет устойчивость и управляемость самолета. Поэтому одной из важных проблем в проектировании самолета становится выбор оптимальной формы крыла и его параметров.

Прямое в плане крыло (трапециевидное) имеет высокий коэффициент подъемной силы, что позволяет увеличить удельную нагрузку на крыло. Хорошие взлетно-посадочные характеристики самолета обеспечиваются при этом еще и тем, что на прямом крыле можно разместить эффективную механизацию, расширяющую диапазон эксплуатационных скоростей. Прямое крыло широко применяется на дозвуковых самолетах: разведчиках, военно-транспортных, противолодочных и т. п.

При сверхзвуковых скоростях полета резко увеличивается коэффициент лобового сопротивления прямого крыла. Ситуацию ухудшает и то, что при переходе через скорость звука у самолетов с прямым крылом наблюдается значительное изменение положения центра давления, а значит – и изменение балансировки. Некоторого улучшения характеристик можно добиться при использовании крыла с небольшим удлинением и тонким сверхзвуковым профилем. Таким крылом оснащены самолеты F-104, F-5A. Важнейшими достоинствами прямого крыла с малым удлинением в сравнении со стреловидным и треугольным (при такой же относительной толщине и удлинении) являются лучшие аэродинамические характеристики при приземлении.

Модульная конструкция планера самолета F-16

Формы прямого крыла сверхзвуковых самолетов

Большинство современных реактивных самолетов имеют стреловидные крылья, что связано с их высокими аэродинамическими характеристиками. Применение стреловидного крыла позволило относительно просто превзойти скорость звука. По сравнению с прямым крылом стреловидное имеет существенные недостатки, которые проявляются как при больших, так и при малых скоростях полета. Это меньшая эффективность действия механизации; применение горизонтального оперения большей площади; перетекание потока к концевым участкам крыла и отрыв его, что приводит к ухудшению продольной и поперечной устойчивости и управляемости самолета; возрастание массы и уменьшение жесткости крыла. Широкое применение стреловидного крыла стало возможным благодаря ряду аэродинамических и конструктивных мер: аэродинамической и геометрической «крутки» крыла, механизации, переменному углу стреловидности, уступу («клюву») передней кромки.

В 50-е годы в Швеции был спроектирован и построен истребитель «Дракен», имевший крыло с изломом передней кромки. Фактически такое крыло представляет собой комбинацию двух крыльев разной стреловидности с малым удлинением. Использование переменной стреловидности позволило при малой относительной толщине профиля получить большую строительную высоту крыла в корневом сечении, где разместились каналы воздухозаборников, ниши основных опор шасси, топливные баки Похожее в плане крыло (с наплывом) применили через несколько лет на фирме «Локхид» при создании стратегического разведчика SR-71.

Формы стреловидного крыла сверхзвуковых самолетов

К комбинированному, или, как сейчас говорят, «гибридному» крылу конструкторы вновь обратились в начале 70-х годов. Особенностью обтекания такого крыла является наличие отрыва потока на острых кромках наплыва, что приводит к образованию на наплывах интенсивных устойчивых вихревых жгутов Они создают над крылом дополнительное разрежение и повышают его несущие свойства, особенно на больших углах атаки, а также дают увеличение подъемной силы на дозвуковых скоростях полета. Наличие наплыва в корневой части крыла уменьшает смещение аэродинамического фокуса назад при переходе от дозвуковой скорости к сверхзвуковой. Это приводит к уменьшению потерь на балансировку и обеспечивает сохранение необходимой устойчивости. Эффективность крыла с наплывом значительно возрастает при оснащении его отклоняемым носком (или щитком) и выдвижными закрылками.

Формы стреловидного крыла сверхзвуковых самолетов (продолжение)

Еще одним типом крыла, широко применяемым на скоростных самолетах, является треугольное крыло (может иметь заднюю кромку с небольшой положительной или отрицательной стреловидностью). Обладая практически одинаковыми аэродинамическими характеристиками со стреловидным крылом, треугольное имеет конструктивные и прочностные преимущества. Благодаря большой хорде в корневом сечении, возможно использование профилей с относительно малой толщиной. Достоинства треугольного крыла лучше всего проявляются при больших скоростях полета. На малых скоростях, например при взлете или на посадке самолетов бесхвостой схемы, отклонение элевонов вверх для балансировки приводит к значительным потерям подъемной силы и увеличению лобового сопротивления.

Получить приемлемое значение коэффициента подъемной силы можно лишь на очень больших углах атаки (на обычных углах атаки он на 30-40% меньше, чем у прямого крыла), что не всегда позволяет шасси.

Формы треугольного крыла сверхзвуковых самолетов

Треугольное крыло обладает меньшим аэродинамическим качеством, что затрудняет достижение большого потолка и дальности. Чтобы смягчить эти недостатки, в треугольных крыльях используется передняя кромка с изломом или с плавно изменяющимся углом стреловидности вдоль размаха – так называемое оживальное крыло; отгибаемый носок, применение стабилизатора или переднего горизонтального оперения (ПГО).