Авиация и космонавтика 2013 09
Шрифт:
Всего за первые три года совместной работы в МАИ были достаточно подробно исследованы 5 тематических и 1 дренированная модель крыла.
С 1973 г. начались активные работы по Су-27 совместно с новосибирским Сиб. НИА. В этом НИИ имелась малоскоростная АДТ, а также трансзвуковая труба. Но самым важным для ОКБ являлось то, что в Сиб. НИА имелось собственное достаточно мощное модельное производство, где можно было оперативно изготавливать тематические модели, предназначенные для испытаний. Таким образом, в лице Сиб. НИАОКБ Сухого получило активного союзника в проведении серии тематических исследований по Су-27. Работы в Сиб. НИА с самого начала приобрели высокий темп, только в течение первого года были изготовлены и исследованы сразу четыре полных модели. Программа исследований со стороны ОКБ была построена таким образом, что первые продувки
Следует отметить, что все работы, выполнявшиеся в институте, по крайней мере на начальном этапе работ, проводились в строгом соответствии сТЗ заказчика: модели изготавливались по чертежам ОКБ, программы испытаний составлялись и утверждались совместно с аэродинамиками ОКБ, а полученные материалы продувок оперативно присылались в Москву для совместного обсуждения и составления программ дальнейших совместных изысканий. В работах по Су-27 отСиб. НИАпринималиучастие С.Т. Кашафутдинов, В.В. Кондакова, Г.Н. Блинов, и другие.
Со стороны ОКБ работы по изучению выбранной аэродинамической компоновки были разделены следующим образом: в ЦАГИ и Сиб. НИА исследования проводились на моделях проектируемого самолета с многочисленными вариантами элементов компоновки и на тематических моделях, а в МАИ с целью поисковых исследований отдельных фрагментов компоновки проводились продувки на схематических тематических моделях.
На этой фотографии хорошо видны вихри, сходящие с наплыва крыла истребителя Су-35
| Аэродинамические исследования | 1971 г. | 1972 г. | 1973 г. | Всего |
| В ЦАГИ | 2/41 | 2/26 | 5/183 | 9/250 |
| В Сиб. НИА | – | – | 4/140 | 4/140 |
| В МАИ | 2/36 | 2/81 | 2/79 | 6/196 |
| Всего | 4/77 | 4/107 | 11/402 | 19/586 |
В целом, динамику проведения исследований по тематике Су-27 в рамках одних только поисковых работ в 1971–1973 гг. иллюстрирует таблица, в которой в числителе указано число построенных моделей, а в знаменателе — количество трубочасов, затраченных на их продувки (см. таблицу).
Для решения ряда прикладных задач аэродинамики в интересах Су-27 был привлечен научный потенциал ИПМ им. М.В. Келдыша АН СССР. Коллектив ученых предоставил ОКБ возможность построения трехмерной модели обтекания самолета для любой произвольной точки компоновки. К сожалению, исходя из существенно ограниченной производительности имевшихся на тот момент ЭВМ и соответствующего программного обеспечения, расчеты производились только для сверхзвуковых режимов полета. Тем не менее, во многих случаях использование этой методики позволило ОКБ избежать непроизводительных затрат, связанных с дополнительными трубными испытаниями моделей. Приведем только один пример: создание такой картины для килей самолета позволило выявить присутствие на самолете кроме основной вихревой системы, включающей наплывный и кромочный вихри, наличие еще двух, довольно слабых вихрей, сходящих с основания носовой части самолета. Дополнительное изучение этой проблемы показало, что на больших числах М эти вихри «ложились» на кили, приводя к существенному снижению путевой устойчивости. Знание сути проблемы позволило аэродинамикам выработать реальные пути решения этой проблемы.
Какие же выводы были сделаны в ОКБ по результатам предварительного этапа исследований выбранной аэродинамической компоновки в ЦАГИ, МАИ и Сиб. НИА?
Подтвердилось положительное влияние деформации срединной поверхности крыла на увеличение несущей способности. По сравнению с плоским крылом, зона срывных явлений была «оттянута» до больших углов атаки, а оптимальная деформация срединной поверхности обеспечила безотрывное обтекание крыла в некоторой ограниченной области углов атаки.
Корневые наплывы крыла обеспечили положительное приращение несущих свойств за счет организации над верхней поверхностью крыла отрывно-вихревого течения (пары свободных вихрей над верхней поверхностью крыла). На умеренных углах атаки (до 8-10°) эти вихри оказывали положительное влияние на несущие свойства и на аэродинамическое качество крыла. С увеличением угла атаки свыше 10° интенсивность вихревых течений возрастала, одновременно вихревой жгут начинал постепенно отходить от поверхности крыла. Наплывный и кромочный вихри постепенно сближались и начинали взаимодействовать друг с другом с постепенным разрушением структуры вихря, при этом, по мере дальнейшего увеличения угла атаки несущие свойства крыла постепенно ухудшались.
Наплывные вихри, сходящие с крыла, проходили вблизи оперения и на модели Су-27 выявили интересный момент взаимного влияния характеристик ГО на крыло. Оказалось, что сдвиг горизонтального оперения назад не только увеличивает момент на пикирование, но одновременно и уменьшает несущие свойства крыла, поскольку близко расположенное к крылу ГО работало подобно закрылку, оттягивая срыв потока до больших углов атаки. Таким образом, оптимальное положение ГО необходимо было выбирать исходя из минимизации уменьшения несущих свойств крыла. По вертикали оптимальное место расположения для ГО было выбрано ниже крыла — в зоне минимальных скосов потока за крылом.
Место расположения для ВО также необходимо было выбирать, сообразуясь со взаимным расположением килей относительно вихревой системы самолета.
В целом, выполненный объем исследований подтвердил, что за счет удачного выбора компоновочной схемы самолета, ОКБ удалось добиться существенного улучшения всего комплекса аэродинамических характеристик проектируемого самолета:
Применение на Су-27 статически неустойчивой на дозвуковых режимах полета аэродинамической схемы, было еще одним важным нововведением, которое использовалось для комплексного повышения аэродинамических характеристик самолета. Смысл этого решения сводился к тому, что на Су-27 планировалось обеспечить более заднюю центровку, при которой центр тяжести самолета оказывался позади фокуса. Преимущества такой схемы заключались в снижении потерь на балансировку, поскольку в отличие от статически устойчивых самолетов, для обеспечения балансировки в продольном канале ему требовалось отклонение стабилизатора не вниз, а вверх, что приводило к суммарному повышению подъемной силы. Это было особенно ощутимо для режимов маневрирования, при которых балансировочные отклонения стабилизатора были особенно велики.
Несмотря на вполне очевидные в теоретическом плане выгоды реализации такой схемы, на первых порах у нее нашлось немало критиков, и обсуждение этого вопроса в ОКБ носило достаточно драматичный характер. На совещаниях, проводившихся по этому поводу в кабинете П.О. Сухого, зам. главного конструктора по системе управления А.А. Колчин был самым серьезным оппонентом аэродинамиков, и требовал от них конкретных, с цифрами в руках доказательств необходимости и практической целесообразности такой схемы, поскольку в случае положительного решения данного вопроса, на самолететребовалась установка принципиально новой электродистанционной системы управления (СДУ).
Одновременно этот вопрос обсуждался и со специалистами ЦАГИ. Здесь аэродинамиков ОКБ поддержал начальник одного из секторов 15 отделения ЦАГИ Г.И. Загайнов. Благодаря его помощи и активному содействию удалось добиться положительного решения о внедрении на самолете СДУ и дальнейшей совместной отработки ее алгоритмов на стендах ЦАГИ.
Для отработки динамики самолета в ОКБ был построен пилотажный стенд.
Теперь следует немного подробнее остановиться на основных компоновочных решениях, принятых для Т-10 на этапе запуска в рабочее проектирование. Сегодня многие критикуют конструкторов ОКБ за применение на опытных самолетах крыла оживальной конфигурации в ущерб рекомендациям о применении трапециевидного крыла с механизированной передней кромкой. Да, пожалуй, с позиций сегодняшнего дня такой выбор кажется неочевидным. Но давайте попробуем поставить себя на место тогдашних руководителей ОКБ…