Раритеты американской авиации
Шрифт:
Для уменьшения потребного запаса топлива и размерности самолета фирмы «Боинг» и «Норт Америкен» решили перейти к бороводородному топливу, предложенному как горючее еще в 1929 году в Советском Союзе химиком Ю. В. Кондратюком. Предпочтение отдали пентаборану, хотя исследовались также диборан и декаборан. Пентаборан имеет меньшую плотность по сравнению с керосином и соответственно занимает больший объем, но, отличаясь высокой теплотой сгорания («высокой калорийностью», как говорили в то время), позволяет снизить массу топлива дальнего самолета. По проекту фирмы «Норт Америкен» при уменьшенной почти до 200 т взлетной массе крейсерское число М повысилось с дозвукового до 1,5 -2,0, максимальное число М – до 3, дальность полета 9600 км достигалась на крейсерской высоте 15 000 м.
Самолет
Первое время программа самолета В-70 все же, не смотря на растущую оппозицию, относилась к числу приоритетных. Однако это продолжалось недолго. Первый сбой был связан с бороводородным топливом. Оно оказалось очень дорогим, высокотоксичным и сложным в производстве. В то же время дальность полета при его использовании увеличивалась, как выяснилось, только на 10%. К весне 1959 года, когда завершилось изготовление макета самолета, по заказу ВВС был построен завод стоимостью 45 млн. долларов для производства бороводородного топлива, который, правда, так и не был пущен, поскольку в августе этого же года разработка бороводородного топлива и двигателя J95-GE-5, который на нем работал, была аннулирована. Месяцем позже прекратились работы по трехмаховому истребителю-перехватчику Норт Америкен F-108 «Рапира», двигатели которого также должны были работать на бороводородном топливе. В результате стоимость разработки В-70 увеличилась, так как часть исследований полета с М = 3 проводилась по программе самолета F-108.
Конструкторы фирмы «Норт Америкен» применили ряд компоновочных мер, направленных на повышение сверхзвукового аэродинамического совершенства. Первым шагом стал традиционный способ – установка цельноповоротного переднего горизонтального оперения (Г1ГО), играющего роль дестабилизатора и уменьшающего балансировочное сопротивление самолета на сверхзвуке. Но этого оказалось недостаточно, и фирма «Норт Америкен» пошла на риск, использовав новое оригинальное техническое решение. Идея, которая и лежала, главным образом, в основе перехода к полностью сверхзвуковому бомбардировщику, состояла в повышении подъемной силы за счет сжатия воздушного потока. Она была предварительно опробована в ходе экспериментальных исследований НАСА в 1955 – 1956 годах, а в проекте фирмы Норт Америкен успешно реализована путем размещения двигателей в единой подкрыльевой гондоле с применением плоского воздухозаборника, имеющего выдвинутый вперед неподвижный клин. Создаваемая при этом на сверхзвуке система косых скачков уплотнения приводила к образованию области повышенного давления под крылом.
Еще одним техническим новшеством стали отклоняемые вниз концевые части крыла. Главным их предназначением было повышение путевой устойчивости самолета. Это позволило уменьшить размеры килей и способствовало росту аэродинамического качества.
Самолет Норт Америкен ХВ-70 (2-й прототип)
Одновременно отклонение концов крыла приводило к перемещению аэродинамического фокуса самолета вперед благодаря уменьшению площади крыла вблизи задней кромки и дополнительному снижению балансировочного сопротивления в сверхзвуковом полете. Кроме того, отклонение концевых частей давало увеличение подъемной силы от сжатия потока, так как скачки уплотнения, создававшиеся клином воздухо заборника, отражались от отклоненных законцовок, что еще более повышало давление под крылом. Все это дополнительно увеличивало аэродинамическое совершенство самолета.
В то же время поворотные законцовки крыла нового бомбардировщика существенно снижали безопасность полета: при их заклинивании в полностью отклоненном положении самолет не мог совершить безопасную посадку и экипаж должен был катапультироваться.
Проект фирмы «Норт Америкен» был признан перспективным, 23 декабря 1957 года она была объявлена победителем конкурса проектов и получила контракт на разработку самолета, которому в феврале следующего года
В выборе военными проекта «Норт Америкен» сыграло свою большую роль и желание ВВС поддержать эту фирму, портфель заказов которой к тому времени оскудел, так как работы по ракете «Навахо» незадолго до этого прекратились, а производство истребителя F-100 «Супер Сейбр» уже близилось к завершению, и ее финансовое положение было не в пример хуже, чем у «Боинга». Предусматривалась постройка 62 самолетов, из них 12 опытных и 50 строевых для формирования первого авиакрыла. Первый полет опытного самолета намечался на январь 1962 года, первое авиакрыло планировалось сформировать к августу 1965 года.
Самолет был спроектирован по схеме «утка» с тонким треугольным крылом и двухкилевым вертикальным оперением. При числе М = 3 температура обшивки, согласно расчетам, могла достигать 330°С, поэтому в конструкции широко использовались нержавеющая сталь, высокопрочная инструментальная сталь Н11 и титановые сплавы. Нашел применение и довольно экзотический сплав на никелевой основе Рене-41. Эти материалы сохраняли высокую прочность в расчетном диапазоне рабочих температур для В-70, равном 230 – 330° С.
Для В-70 были первоначально разработаны обычные листовые металлические обшивки, усиленные панели различной конструкции и слоистые панели. Исследования показали, что наилучшие характеристики для большей части планера имеют именно слоистые панели. В значительной мере это обусловливалось требованием хорошей теплоизоляции. В противном случае вследствие кинетического нагрева обшивки температура топлива в баках-отсеках могла превысить 150°С, предельно допускаемый уровень температуры топлива на входе в двигатель. В пользу слоистых конструкций говорили и их высокая жесткость (а следовательно, сохранение гладкой поверхности и высокого аэродинамического качества на больших скоростях), устойчивость к акустической усталости (от колебаний воздушного давления в скоростном полете и шума двигателей) и относительно малая масса.
Нортон Америкен ХВ-70А на посадке
Слоистые панели выполнялись из нержавеющей стали и имели сотовый или гофрированный заполнитель. Из них были изготовлены обшивка большей части крыла, нижней и верхней поверхности фюзеляжа, килей и многие другие узлы. От склейки панелей отказались из-за нестойкости имевшихся в то время в распоряжении авиапромышленности клеев к высоким температурам. Сотовый заполнитель припаивался к листам обшивки, а гофрированный приваривался точечной сваркой. Пришлось отказаться от применения титана, как как лучшие из имевшихся титановых сплавов нельзя было одновременно подвергать пайке и термообработке, а листы из них нельзя было гнуть под углами, требуемыми для получения гофра.
Значительная часть остальной конструкции, не образующей топливных баков-отсеков, выполнялась из высокопрочных титановых сплавов. Из них, в частности, были изготовлены носовая секция фюзеляжа – монокок длиной 18,6 м, ПГО, хвостовая часть фюзеляжа в зоне отсеков двигателей, лонжероны килей и часть внутренней конструкции поверхностей управления и крыла. Всего в конструкции В-70 использовалось около 5400 кг титана. Из стали HI 1 были изготовлены многие важные элементы конструкции, в том числе шасси и механизмы складывания крыла, главные лонжероны передней части фюзеляжа и центроплана над отсеками двигателей. Этот материал оказался настолько прочен, что до В-70 применялся главным образом для изготовления инструментов, а в самолетной конструкции применялся в небольшом количестве только на бомбардировщике A3J «Сэвидж». Всего в конструкции В-70 было использовано около 10 400 кг стали НИ.