Разведывательные самолёты A-12 и SR-71: технологии рекорда
Самолеты Lockheed A-12 на стоянке завода №42 в Палмдейле. Фото US Air Force
В середине шестидесятых ЦРУ и ВВС США получили новейшие разведывательные самолеты A-12 и SR-71. Эти машины, унифицированные по основной части агрегатов, отличались крайне высокими летно-техническими характеристиками, позволявшими эффективно решать основные задачи. Однако достижение максимальной скорости на уровне М=3,3 и высоты полета более 25 км оказалось крайне сложной задачей, для которой потребовались принципиально новые конструкторские решения и технологии.
Круг проблем
Разработка проектов A-12 и SR-71 велась в отделении компании Lockheed с неофициальным названием Skunk Works. Создание новых самолетов стартовало с научно-исследовательских работ и поиска оптимальных технических решений. На этом этапе установили, с какими проблемами сталкивается «трехмаховый» самолет. Затем начался поиск подходящих технологий.
Модель A-12 во время изучения радиолокационных сигнатур, 1959 г. Фото ЦРУ / cia.gov
Одной из центральных проблем стала аэродинамика. Полет со скоростью ок. М=3 имеет свои особенности, которые необходимо учитывать при формировании облика самолета. Однако выход на такие скорости тоже был непростым. Для этого требовались особые двигатели, способные одинаково эффективно работать на всех скоростных режимах.
На требуемых скоростях полета должна была в полной мере проявиться проблема тепловых нагрузок. Требовалось защитить планер от перегрева, деформаций и возможного разрушения. При всем этом, самолет должен был отличаться высокой прочностью, поскольку на рабочих скоростях даже простейшие маневры были связаны с перегрузками.
Отдельное требование затрагивало заметность самолета для противника. К тому времени ведущие страны успели построить развитую сеть РЛС для контроля за воздушным пространством, из-за чего стал актуальным вопрос уменьшения радиолокационной заметности. Эту проблему следовало учесть при разработке планера.
Мотогондола самолета SR-71. Фото Wikimedia Commons
Поиск решений для ожидаемых проблем оказался непростым и небыстрым. Работы по самолету A-12 для ЦРУ запустили в 1957 г. и продолжали несколько лет. За это время несколько раз менялись общие концепции и подходы к конструкции. Первый полет опытного самолета удалось выполнить только в 1962-м. Разведчик SR-71 для ВВС разрабатывали уже на основе уже готовой машины, что позволило значительно ускорить работы.
Особый планер
Решение основной части ожидаемых проблем было прямо связано с конструкцией планера и общесамолетных систем. После длительных поисков удалось найти оптимальный вариант аэродинамического облика. Наилучшей посчитали схему «бесхвостка» с развитыми наплывами в носовой и центральной части фюзеляжа и парой килей. Примененная схема позволяла получать высокую подъемную силу и улучшить обтекание на всех скоростях. Кроме того, резко уменьшался изгибающий момент в носовой части.
Двигатель Pratt & Whitney J58. Фото Wikimedia Commons
Особые обводы планера позволяли частично рассеивать сигналы от РЛС. На некоторых участках планера, где это позволяла конструкция, находились детали из радиопоглощающих материалов. Впрочем, снижение заметности не было главной задачей проекта, а также имелись иные факторы, частично нивелировавшие все конструкторские достижения в этой области.
Вопросы теплозащиты, массы и прочности решили при помощи титана и его сплавов. Планер на 85% состоял именно из них. Прочие детали выполнялись из жаростойких сортов стали, керамики и т.д. Остекление фонаря кабины сделали из кварцевого стекла. Для механической и термической прочности его соединяли с планером при помощи ультразвуковой сварки.
По расчетам, в ходе полета средняя температура обшивки должна была достигать 260°C, максимальная на передних кромках – до 400°C. В связи с этим в планере предусмотрели многочисленные трубопроводы для циркуляции топлива, отвода излишков тепла и предварительного прогрева горючего.
Сопловой аппарат двигателя. Фото Wikimedia Commons
Титановая конструкция при нагреве сохраняла прочность – но меняла размеры. На крейсерской скорости A-12 и SR-71 удлинялись на несколько дюймов. Эту проблему учли при проектировании и предусмотрели специальные зазоры в обшивке, внутренних конструкциях и даже в топливной системе. Вследствие этого на земле из самолета буквально сочилось топливо, но после разгона течь прекращалась. Также часть обшивки выполнили из гофрированных листов.
Рекордный двигатель
На самолетах A-12 и SR-71 использовались уникальные гибридные двигатели семейства JT11D / J58 от компании Pratt & Whitney. В их конструкции объединялись турбореактивный и прямоточный реактивный двигатели с возможностью совместной или попеременной работы. Максимальная тяга, в зависимости от модификации, 20-25 тыс. фунтов; форсажная – 32,5 тыс. фунтов.
Работа двигателя J58 на разных скоростях. Графика Wikimedia Commons
Основой двигателя J58 был турбореактивный агрегат, помещенный внутри прямоточной установки с помогающим вентилятором. Воздухозаборное устройство оснастили подвижным центральным телом, также имелся набор лючков и створок для управления поступающим потоком. Управление воздухозаборниками осуществлялось в соответствии с режимами полета с применением отдельного компьютера.
На до- и сверхзвуковых скоростях конусы воздухозаборников находились в переднем положении и оптимизировали поток на входе в двигатель. При росте высоты и скорости осуществлялось их смещение назад. На скоростях более М=3 поток воздуха разделялся между ПВРД и ТРД, которые создавали 80 и 20 проц. тяги соответственно.
Двигатель J58 использовал специальное реактивно топливо JP-7 на основе керосина. При нормальных условиях оно отличалось повышенной вязкостью, но при нагреве не отличалось от стандартных составов. Горючее также использовалось в составе систем охлаждения обшивки, кабины, приборных отсеков и т.д. Его применили в качестве рабочего тела в гидравлике управления соплом. Нагретая жидкость сразу поступала в двигатель и сгорала.
Разведчик A-12 с опознавательными знаками ВВС в полете. Фото US Air Force
Запуск двигателя производился за счет впрыска т.н. пускового топлива – жидкого триэтилборана (TEB), воспламеняющегося при контакте с воздухом. Каждый из J58 имел собственный бак для TEB на 16 пусков двигателя / форсажа. Двигатели использовали специальную силиконовую смазку, оптимизированную для высоких температур. При температурах ниже нуля по Цельсию этот состав твердел, что затрудняло эксплуатацию техники.
Большой ценой
Отдел Skunk Works и смежные предприятия успешно решили все поставленные задачи и создали самолеты с уникально высокими летными характеристиками. Однако для этого потребовалось несколько лет и значительные финансовые траты, а получившиеся самолеты отличались высокой стоимостью производства и сложностью эксплуатации.
Полет с применением форсажа. Фото NASA
Разработка проекта и поиск всех необходимых технологий заняли несколько лет. Запуск производства тоже был связан с определенными проблемами. К примеру, в мемуарах руководителя Skunk Works Бена Рича упоминаются трудности с получением титана. У США не было такого сырья, из-за чего пришлось устраивать целую операцию по его закупке в СССР через подставные компании.
В интересах ЦРУ построили 15 самолетов основных модификаций. ВВС получили 32 единицы. Контракт с ВВС предусматривал стоимость одного SR-71 на уровне 34 млн долл. (более 270 миллионов в нынешних ценах), и программа производства оказалась рекордно дорогой для своего времени.
Эксплуатация тоже оказалась непростой и недешевой. Подготовка к полету занимала несколько суток. После каждого полета самолет требовал 650 различных проверок и процедур, занимавших несколько часов. После 25, 100 и 200 часов налета требовался тщательный осмотр с частичной разборкой, на который выделялось несколько рабочих дней. Двигатели отправлялись на переборку через 200 ч работы, а после 600 ч – на капитальный ремонт.
SR-71 осуществляет посадку. Фото NASA
Незадолго до списания SR-71 открыто сообщалось, что летный час такого самолета стоит ок. 85 тыс. долл. Эксплуатация одной машины ежегодно обходилась не менее чем в 300-400 миллионов.
Тем не менее, ЦРУ и ВВС получили особый инструмент с высочайшими характеристиками. A-12 и SR-71 могли работать на высотах не менее 25-26 км и развивать скорость до М=3,3, что в течение долгих лет спасало их от противовоздушной обороны вероятного противника. За время эксплуатации ЦРУ потеряло 6 своих A-12, ВВС – 12 единиц SR-71. При этом боевые потери отсутствовали.
Технологический прорыв
Эксплуатация самолетов A-12 продолжалась всего несколько лет – до 1968 г. ВВС использовали свои SR-71 до 1998 г., а NASA списало технику годом позже. Самолеты двух моделей и нескольких модификаций, имея особую конструкцию на основе передовых технологий, могли показывать выдающиеся тактико-технические характеристики. Однако по этой же причине они были чрезмерно дорогими и сложными. К моменту отказа от них появились более удобные и эффективные средства разведки.
Прямая замена для A-12 / SR-71 так и не появилась – нишу разведывательных самолетов давно и прочно заняли космические аппараты. Вследствие этого новые образцы авиационной техники с сопоставимыми характеристиками в США пока не появлялись. Однако проекты скоростных самолетов от Skunk Works создали серьезную научно-техническую и технологическую базу для дальнейшего развития боевой и гражданской авиации. Те или иные решения, предложенные в прошлом, до сих пор активно используются.
Информация