Незаметная и важная сторона Т-50
С самого начала проект Перспективного авиационного комплекса фронтовой авиации (ПАК ФА) был окружен слухами и спорами. Основная их масса касалась всего двух-трех направлений, таких как целесообразность проекта, стоимость и характеристики готового самолета. За прошедшее время проектирование было закончено, было построено три опытных экземпляра, а споры идут в старом ключе. А ведь у всей современной авиации есть не только экономическая или тактическая сторона, но и технологическая. И она напрямую связана с двумя вышеупомянутыми. Но по какой-то непонятной причине технологии, примененные в ПАК ФА, до сих пор не удостаивались столь же широкого обсуждения, что и, к примеру, стоимость проекта.
Прежде всего стоит отметить большое количество деталей самолета, выполненных из композиционных материалов. Они давно уже де-факто стали стандартом для мировой авиации, но истребитель Т-50, созданный по программе ПАК ФА, в этом отношении является рекордсменом среди отечественных боевых машин. Дело в том, что композиты составляют четверть сухой массы самолета. С учетом прочностных и массовых характеристик композитов и металлов, можно представить, сколько сотен килограмм веса удалось сэкономить конструкторам. Экономия в весе наглядно «продемонстрирована» наружной поверхностью Т-50: порядка 70% ее площади выполнено из углепластиков. В то же время, композиционные материалы не являются панацеей, у них, как и у любых других технологий, тоже хватает проблем. К примеру, композитная обшивка самолета при ударе молнии может представлять опасность для всей конструкции. Углепластики, имея в своей основе углерод, проводят ток, однако сопротивление их значительно больше, чем у металлов. В результате углепластиковая деталь под действием разряда молнии может оплавиться и даже разрушиться. Для эффективного «стекания» электричества по корпусу самолета в атмосферу важно низкое сопротивление всей конструкции. Специально для того, чтобы обеспечить безопасную эксплуатацию самолетов Т-50, а также других типов, имеющих наружные детали из композиционных материалов, во Всероссийском институте авиационных материалов (ВИАМ) был создан новый сорт углепластика. Суть ноу-хау заключается в том, что новый композит имеет в своем составе специально подобранные компоненты, увеличивающие электро- и теплопроводность детали. Благодаря этому достигается приемлемая защита от разрядов атмосферного электричества, а в сравнении с традиционными методами противодействия молниям (металлические сетки) еще и достигается экономия в весе – порядка 300-500 грамм на квадратный метр поверхности. Кроме того, в отличие от металлических сеток, специализированный электропроводящий углепластик не увеличивает радиолокационную видимость самолета.
Тонкий углепластик напоминает циновку, с виду не скажешь, что он способен выдерживать запредельные нагрузки. Фото Георгия Настенко (фото http://www.trud.ru)
Широкое применение композиционных материалов, помимо выигрыша в весе, сказалось и на стоимости работ. По сравнению с почти полностью металлическим Су-27, Т-50 состоит из вчетверо меньшего количества деталей, что, в конечном счете, сказывается на скорости изготовления/сборки, и на цене готового планера. На фоне дорогой авионики, свойственной четвертому и пятому поколению истребителей, выигрыш в цене конструкции вряд ли будет лишним.
В требованиях к истребителям пятого поколения есть пункт относительно малой заметности. Если снижение видимости самолета в инфракрасном спектре есть задача в основном конструкторов-мотористов, то радиолокационная малозаметность – входит в обязанности материаловедов. В частности, поэтому большая часть наружной поверхности планера Т-50 выполнена из композиционных материалов, которые отражают радиоволны хуже, чем металл. Однако на заметность самолета влияют не только материал и форма наружных поверхностей. В определенных условиях демаскировать малозаметный по всем статьям истребитель может даже внутренняя часть кабины. Дело в том, что «облагородить» обводы рабочего места пилота можно только до определенного предела, когда это усовершенствование вступит в противоречие с эргономикой. Поэтому требуется другое решение, не связанное с перекомпоновкой катапультного кресла, приборной доски или органов управления. Самый очевидный способ исключить обнаружение из-за кабины – изолировать ее от внешних радиоволн. С этой обязанностью, например, справится фонарь кабины. Для этого на его стекло или пластик следует нанести специальное экранирующее покрытие.
Этим самым покрытием занимались инженеры обнинского ОНПП «Технология». И нельзя сказать, что они не добились успеха. Сейчас на «Технологии» проводятся испытания готовых фонарей с новым покрытием. Стоит ожидать, что они будут устанавливаться на новых экземплярах Т-50. Технология относительно проста: стекло или пластик фонаря в специальной магнетронной установке покрывается несколькими слоями особого состава. Подробности рецепта засекречены, однако известно, что в составе покрытия присутствуют золото, олово и индий. Покрытие фонаря производится в пять этапов, в ходе каждого из которых на стекле образуется слой толщиной не более 20 нанометров. Судя по применяемым в покрытии материалам, фонарь с такой защитой является недешевым удовольствием. В то же время, представители ОНПП «Технология» уверяют, что на один фонарь требуется не более двух-трех грамм золота. Получается, только материалы для покрытия одного фонаря обходятся в 3-6 тысяч рублей. Что же получает самолет за такие деньги? Главное преимущество нового покрытия – значительное уменьшение пропускания радиоволн. Утверждается, что фонарь с напылением пропускает их в 250 раз хуже, чем без него. Таким образом, «интерьер» кабины пилота не сможет выдать самолет вражеской РЛС. Также напыление фонаря защищает внутренние детали кабины, прежде всего пластиковые, от инфракрасного и ультрафиолетового излучения. Известны случаи, когда под действием солнечных лучей состояние пластиковых деталей, находящихся в кабине, значительно ухудшалось, они становились непрочными и хрупкими. Более того, есть информация, что такой «износ» ремней приводил к гибели летчиков при катапультировании. В итоге разработка ОНПП «Технология» работает не только на тактические характеристики самолета, но и на его безопасность.
Нужно сделать небольшую оговорку. Внутренности кабины обычно имеют меньшую эффективную отражающую поверхность, чем лопатки компрессора двигателя. Можно даже сказать, что невидимость кабины является всего лишь «приятным дополнением» и большее внимание нужно уделять скрытию двигателя. Для этого уже давно самолеты оборудуются каналом воздухозаборника искривленной формы. Благодаря этому атмосферный воздух может нормально поступать в двигатель, а радиоволны из-за их прямолинейного распространения – нет. В итоге видимость самолета в лобовой проекции значительно снижается. Также есть информация, что на Т-50 каналы-воздуховоды тоже сделаны из композиционных материалов. В сочетании со специфическими обводами планера интегральной схемы это должно дать ощутимое снижение заметности без ухудшения основных характеристик.
К сожалению, большая часть информации по проекту ПАК ФА до сих пор является секретной и нам приходится довольствоваться только теми крохами, что стали достоянием общественности. Однако и их достаточно для улучшения общей картины и поддержания ее в актуальном состоянии. Небольшие, на первый взгляд, нюансы конструкции, такие как материалы отдельных деталей или особенности покрытия фонаря, обычно не привлекают особого внимания. Но и они могут дать немало пищи для размышлений и анализа.
Прежде всего стоит отметить большое количество деталей самолета, выполненных из композиционных материалов. Они давно уже де-факто стали стандартом для мировой авиации, но истребитель Т-50, созданный по программе ПАК ФА, в этом отношении является рекордсменом среди отечественных боевых машин. Дело в том, что композиты составляют четверть сухой массы самолета. С учетом прочностных и массовых характеристик композитов и металлов, можно представить, сколько сотен килограмм веса удалось сэкономить конструкторам. Экономия в весе наглядно «продемонстрирована» наружной поверхностью Т-50: порядка 70% ее площади выполнено из углепластиков. В то же время, композиционные материалы не являются панацеей, у них, как и у любых других технологий, тоже хватает проблем. К примеру, композитная обшивка самолета при ударе молнии может представлять опасность для всей конструкции. Углепластики, имея в своей основе углерод, проводят ток, однако сопротивление их значительно больше, чем у металлов. В результате углепластиковая деталь под действием разряда молнии может оплавиться и даже разрушиться. Для эффективного «стекания» электричества по корпусу самолета в атмосферу важно низкое сопротивление всей конструкции. Специально для того, чтобы обеспечить безопасную эксплуатацию самолетов Т-50, а также других типов, имеющих наружные детали из композиционных материалов, во Всероссийском институте авиационных материалов (ВИАМ) был создан новый сорт углепластика. Суть ноу-хау заключается в том, что новый композит имеет в своем составе специально подобранные компоненты, увеличивающие электро- и теплопроводность детали. Благодаря этому достигается приемлемая защита от разрядов атмосферного электричества, а в сравнении с традиционными методами противодействия молниям (металлические сетки) еще и достигается экономия в весе – порядка 300-500 грамм на квадратный метр поверхности. Кроме того, в отличие от металлических сеток, специализированный электропроводящий углепластик не увеличивает радиолокационную видимость самолета.
Тонкий углепластик напоминает циновку, с виду не скажешь, что он способен выдерживать запредельные нагрузки. Фото Георгия Настенко (фото http://www.trud.ru)Широкое применение композиционных материалов, помимо выигрыша в весе, сказалось и на стоимости работ. По сравнению с почти полностью металлическим Су-27, Т-50 состоит из вчетверо меньшего количества деталей, что, в конечном счете, сказывается на скорости изготовления/сборки, и на цене готового планера. На фоне дорогой авионики, свойственной четвертому и пятому поколению истребителей, выигрыш в цене конструкции вряд ли будет лишним.
В требованиях к истребителям пятого поколения есть пункт относительно малой заметности. Если снижение видимости самолета в инфракрасном спектре есть задача в основном конструкторов-мотористов, то радиолокационная малозаметность – входит в обязанности материаловедов. В частности, поэтому большая часть наружной поверхности планера Т-50 выполнена из композиционных материалов, которые отражают радиоволны хуже, чем металл. Однако на заметность самолета влияют не только материал и форма наружных поверхностей. В определенных условиях демаскировать малозаметный по всем статьям истребитель может даже внутренняя часть кабины. Дело в том, что «облагородить» обводы рабочего места пилота можно только до определенного предела, когда это усовершенствование вступит в противоречие с эргономикой. Поэтому требуется другое решение, не связанное с перекомпоновкой катапультного кресла, приборной доски или органов управления. Самый очевидный способ исключить обнаружение из-за кабины – изолировать ее от внешних радиоволн. С этой обязанностью, например, справится фонарь кабины. Для этого на его стекло или пластик следует нанести специальное экранирующее покрытие.
Этим самым покрытием занимались инженеры обнинского ОНПП «Технология». И нельзя сказать, что они не добились успеха. Сейчас на «Технологии» проводятся испытания готовых фонарей с новым покрытием. Стоит ожидать, что они будут устанавливаться на новых экземплярах Т-50. Технология относительно проста: стекло или пластик фонаря в специальной магнетронной установке покрывается несколькими слоями особого состава. Подробности рецепта засекречены, однако известно, что в составе покрытия присутствуют золото, олово и индий. Покрытие фонаря производится в пять этапов, в ходе каждого из которых на стекле образуется слой толщиной не более 20 нанометров. Судя по применяемым в покрытии материалам, фонарь с такой защитой является недешевым удовольствием. В то же время, представители ОНПП «Технология» уверяют, что на один фонарь требуется не более двух-трех грамм золота. Получается, только материалы для покрытия одного фонаря обходятся в 3-6 тысяч рублей. Что же получает самолет за такие деньги? Главное преимущество нового покрытия – значительное уменьшение пропускания радиоволн. Утверждается, что фонарь с напылением пропускает их в 250 раз хуже, чем без него. Таким образом, «интерьер» кабины пилота не сможет выдать самолет вражеской РЛС. Также напыление фонаря защищает внутренние детали кабины, прежде всего пластиковые, от инфракрасного и ультрафиолетового излучения. Известны случаи, когда под действием солнечных лучей состояние пластиковых деталей, находящихся в кабине, значительно ухудшалось, они становились непрочными и хрупкими. Более того, есть информация, что такой «износ» ремней приводил к гибели летчиков при катапультировании. В итоге разработка ОНПП «Технология» работает не только на тактические характеристики самолета, но и на его безопасность.
Нужно сделать небольшую оговорку. Внутренности кабины обычно имеют меньшую эффективную отражающую поверхность, чем лопатки компрессора двигателя. Можно даже сказать, что невидимость кабины является всего лишь «приятным дополнением» и большее внимание нужно уделять скрытию двигателя. Для этого уже давно самолеты оборудуются каналом воздухозаборника искривленной формы. Благодаря этому атмосферный воздух может нормально поступать в двигатель, а радиоволны из-за их прямолинейного распространения – нет. В итоге видимость самолета в лобовой проекции значительно снижается. Также есть информация, что на Т-50 каналы-воздуховоды тоже сделаны из композиционных материалов. В сочетании со специфическими обводами планера интегральной схемы это должно дать ощутимое снижение заметности без ухудшения основных характеристик.
К сожалению, большая часть информации по проекту ПАК ФА до сих пор является секретной и нам приходится довольствоваться только теми крохами, что стали достоянием общественности. Однако и их достаточно для улучшения общей картины и поддержания ее в актуальном состоянии. Небольшие, на первый взгляд, нюансы конструкции, такие как материалы отдельных деталей или особенности покрытия фонаря, обычно не привлекают особого внимания. Но и они могут дать немало пищи для размышлений и анализа.
Информация