Задачи по улучшению взлетно-посадочных характеристик и повышению «проходимости» Су-7 начали решать в ОКБ-51 с 1958 года. Основными направлениями после рассмотрения различных вариантов стали два – применение лыжного или комбинированного шасси и использование для сокращения взлетно-посадочных дистанций системы сдува пограничного слоя (СПС) с закрылков. Лыжи должны были сделать самолет «вездеходом» (поскольку имели значительно большую, чем колесо, площадь контакта с опорной поверхностью), а система СПС позволяла уменьшить посадочную скорость и дгину пробега самолета, уменьшив тем самым размеры аэродрома, стоимость затрат на его строительство и уменьшить его уязвимость.
Опытный самолет С23, предназначенный для испытаний лыжного шасси
Посадка С23 на снежную ВПП
Один из первых вариантов лыжи, испытанный на С23. Хорошо виден пяточный амортизатор воспринимающий нагрузки при касании лыжой земли
Планы мероприятий соответствовали их значимости: в случае успеха авиация по гибкости базирования возвращалась к временам, когда аэродромом могло служить всякое поле, луг или просторная поляна. Задача представлялась проблемной, но вполне выполнимой: в конце концов, полеты на лыжном шасси имели давние традиции, пусть и со снега, но и с ним вполне удовлетворительно эксплуатировались до войны даже тяжелые бомбардировщики. Оснащая лыжами реактивные самолеты, следовало решить две основные группы вопросов, связанные со значительно большим трением при движении по грунту и многократно возросшими нагрузками на неровной и неоднородной почве при увеличившихся в несколько раз взлетно-посадочных скоростях современных машин.
На первом этапе работ были проведены экспериментальные исследования по изысканию приемлемых материалов и износостойких наплавок для лыж, работающих в сложных условиях. На этом этапе исследовался механизм трения и износа материалов при воздействии большого комплекса факторов (абразивная и коррозионная среда, высокие давления, скорости и температуры при фрикционном контакте) на материалы различной природы. Эти исследования проводились как в лабораторных, так и непосредственно в полевых условиях но специально подготовленном самолете-лаборатории Ил-28ЛШ (N0 Ь I 12). На нем были испытаны первые конструкции лыж, сделаны попытки наметить контуры формы самолетной лыжи и оценить величину сопротивления при движении по грунтам различных типов и состояния.
Для проведения дальнейших испытаний лыж в реальных условиях в 1958 году на базе одного из первых Су-7 (2 серия 3 машина) с двигателем АЛ-7Ф был создан самолет С-23, на котором были реализованы рекомендации, выработанные после первого этапа испытаний и исследований. На нем ис- пытывались два варианта шасси – чисто лыжное, с полозьями на всех ногах шасси, и смешанное, при котором носовая стойка оснащалась колесом, а основные – лыжами. Для упрощения конструкции шасси сделали неубираемыми, законтрив их и сняв с основных опор щитки, а для регистрации картины посадки С-23 оснастили фотокамерой в обтекателе под воздухозаборником двигателя. Лыжи крепились к стойкам вместо колес, о их полоз, носок и пятка делались легко заменяемыми и изготовлялись из 4 мм листа титанового сплава, поскольку их температура при движении достигала 450…500°С, а износ полоза достигал 0,01…0,02 мм на километр пробега по грунту. Для повышения управляемости самолета на грунте конструкция передней стойки была изменена с установкой механизма управления разворотом колеса.
С апреля 1959 года по август 1960 самолет с двумя вариантами шасси проходил испытания на аэродромах страны (главным образом, Кировское в Крыму и Третьякове под Москвой) в розных погодных и климатических условиях, на заснеженных и грунтовых ВПП, в том числе мокрых и даже специально распаханных перед этим. Всего было выполнено более 60 полетов и свыше 100 скоростных пробежек. В ходе испытаний отрабатывались конструкция и размеры корпуса лыжи, форма опорной и носовой частей «подошвы» лыжи, тип и места креплений корпуса лыжи к главной амортизационной стойке и подошвы к корпусу, пяточный амортизатор и другие элементы шасси. Испытания дали богатую пищу для дальнейших работ в этой области и позволили усовершенствовать лыжное шасси, а также показали, что устойчивость и управляемость при движении машины с лыжным шасси на главных опорах и с передним управляемым колесом по грунтовой ВПП практически не отличается от движения самолета на колесном шасси.
Тем временем продолжались работы над самолетом с системой СПС. Пограничный слой является связующим звеном между поверхностью крыла и свободным течением воздуха. Это очень тонкий слой, в котором происходит изменение скорости между неподвижными молекулами воздуха, прилегающими к поверхности крыла, и быстротекущим внешним потоком; таким образом, в этом слое происходит резкое изменение скорости воздуха. Нарастание подъемной силы с некоторого угла атаки при его увеличении происходит замедленно, а затем даже убывает. Основной причиной является срыв потока, зарождающийся в погранслое. Для предотвращения срыва и, тем самым, повышения подъемной силы и служит СПС.
В 1960 году серийный Су-7Б (25 серия 2 машина), получивший обозначение С-25, был доработан под систему сдува пограничного слоя с поворотного закрылка воздухом, отбираемым от компрессора двигателя АЛ-7Ф-1. Принцип работы системы заключался в том, что при помощи воздуха, отбираемого от двигателя на поверхность закрылков, погранслою сообщается дополнительная кинетическая энергия, обеспечивающая более плавное обтекание без раннего срыва, что особенно важно для увеличения эффективности закрылков на малых скоростях полета.
Испытания С26-2 с вооружением но грунтовом аэродроме. Самолет несет 28 неуправляемых ракет С-ЗК.
С26-1 оснащался эффективной двухкупольной парашютной системой в контейнере в основании киля
Лыжа, устанавливаемая на основные стойки шасси самолета С-26. Хорошо видны тормозной |впереди) и пяточный пневмоцилиндры
Для доставки машины на взлетную полосу и ее перемещения после посадки под лыжи устанавливались специальные колесные буксировочно-рулежные тележки. Как видно, после такого приземления отмыть самолет от грязи было не простым делом
С26-1 начинает разбег по мокрому грунту
Вот это посадка! За самолетом – сплошная завеса грязи и клубы пара от разогревшихся лыж
На С-25 нормированный отбор воздуха от доработанного двигателя происходил за последней ступенью его компрессора и далее через трубопроводы в камеры в крыле и непрофилированные щели подавался на закрылки. Включение системы СПС на посадке происходило автоматически при выходе закрылков на посадочный угол, о пользоваться системой можно было только на повышенных оборотах ТРДФ, поскольку для создания как можно большей скорости воздуха, подаваемой на сдув, в камерах требовалось держать большое избыточное давление, а в месте отбора воздуха от компрессора оно должно было быть еще большим. СПС автоматически отключалась при уборке закрылков или их несинхронном выходе, а также при уменьшении оборотов двигателя ниже требуемых. Поскольку температура отбираемого на сдув воздуха достигала 300 и более градусов, систему СПС и верхнюю поверхность закрылков изготовили из жаропрочного материала, а в конструкции трубопроводов предусмотрели компенсаторы их температурного расширения.
Перед летными испытаниями для получения предварительных результатов с С-25 были сняты многие блоки оборудования и вооружение, а сам самолет, получивший обозначение С- 25Т («трубный»), был помещен в аэродинамическую трубу ЦАГИ Т-101 для испытания работы системы в близких к реальным условиях. После проведения серии продувок и внесения ряда доработок 2 декабря 1961 году самолет, пилотируемый летчиком-испытателем ОКБ-51 B.C. Ильюшиным, впервые поднялся в воздух. С-25 прошел летные испытания, однако в серию СПС на Су-7 вводить не стали, несмотря на то, что эффект снижения взлетно-посадочных скоростей при помощи сдува погранслоя составил 15…20%. Относительная масса системы оказалась все же велика, а высокая температура подаваемого воздуха делала особо опасной любую негерметичность, которая могла привести к недопустимому разогреву участков планера и возникновению пожара. Кроме СПС, на С-25 отрабатывали и систему отсоса погранслоя с верхней поверхности крыла через специальные отверстия в его обшивке. Работы в этом направлении были быстро завершены, поскольку эксплуатационная надежность такой конструкции было недостаточной, особенно на боевом самолете.
Для уменьшения длины разбега на С26-1 использовались сбрасываемые пороховые стартовые ускорители СПРД-1 10
Пара СПРД-1 10 развивала тягу около 6000 кг и сбрасывалась после выгорания топлива
C26-2 в Монино
Продолжением работ, начатых на С23 по «лыжной» тематике, стало оснащение модернизированными лыжами двух Су-7Б, прошедших доработку на опытном производстве ОКБ-51 в 1963 году. Первый из них получил обозначение С26-1 (ранее Су-7Б 36 серии 1 машина), а второй С26-2 (36 серия 8 машина). Как было выявлено в результате работ на С23, лучшим в эксплуатации оказался вариант смешанного (впереди колесо, сзади лыжи) шасси, который и был принят для новых машин. Самолеты оснастили лыжами, позволившими работать со снежных или грунтовых ВПП, на конструкции которых следует остановиться отдельно, тем более что она в дальнейшем использовалась и на других машинах ОКБ П.О. Сухого.
Основной составляющей частью лыжи площадью 0,25 м2 был штампованный из алюминиевого сплава корпус, к которому крепилось большинство элементов конструкции. Облицовка лыжи состояла из полоза и пятки из титана. Сверху пятки устанавливался пневмоцилиндр, воспринимающий нагрузку на лыжу при движении самолета по неровностям гочвы. Кроме того, он обеспечивал выдерживание заданного положения лыжи относительно земли при посадке и относительно фюзеляжа при уборке и выпуске шасси. На нижней поверхности лыжи устанавливалась титановая подошва и «кили», предназначенные для обеспечения путевой устойчивости са