США. НОРТ АМЕРИКЕН. ХВ-70 «ВАЛЬКИРИЯ». Экспериментальный самолет
Экспериментальная «трехмаховая» «Валькирия» долгое время была символом прогресса в авиации
Вначале 1950-х годов на вооружение стратегической авиации США поступили средние дозвуковые бомбардировщики Боинг В-47, начались испытания тяжелого дозвукового Боинг В-52. Развивая линию высотных бомбардировщиков в направлении перехода к сверхзвуку, американцы одновременно вплотную приступили к разработке самолета Конвэр В-58. Параллельно развернулись масштабные работы по межконтинентальным крылатым (Норт Америкен «Навахо» и Нортроп «Снарк») и баллистической (Конвэр «Атлас») ракетам, на которые возлагались огромные надежды вплоть до полной замены ими пилотируемых самолетов. Командование стратегической авиации не проявляло особого энтузиазма в отношении В-58, основанного на технологии реактивных самолетов первого поколения. Обладая ограниченными дальностью полета и боевой нагрузкой, он не мог претендовать на роль сверхзвукового эквавалента тяжелой «стратокрепости» В-52. А полноценный сверхзвуковой преемник В-52 считался необходимым, поскольку перспективность межконтинентальных ракет еще предстояло доказать и грядущее долголетие В-52 никто не мог предвидеть.
Отправной точкой работ по новому самолету стало предложение командующего стратегической авиацией ВВС США генерала K.JIeмея, который в конце 1954 г. поднял вопрос о создании нового бомбардировщика, обладающего дальностью без дозаправки в полете не менее 11000 км и «максимально возможной скоростью». Этот самолет, пригодный для эксплуатации с существующих аэродромов, должен был заменить В-52 и состоять на вооружении ВВС в 1965-1975 гг. В октябре 1954 г. было выпущено ТЗ к системе оружия WS-110A и объявлен конкурс предварительных проектов стратегического бомбардировщика с крейсерским числом М=0,9 и максимально возможной скоростью на максимальной высоте при проникновении в воздушное пространство потенциального противника на расстояние 1600…1850 км. Поставки нового самолета намечались с 1963 г. В июле 1955 г. шесть фирм представили предварительные проекты, а 11 ноября этого же года Боинг и Норт Америкен получили заказы на проработку своих эскизных проектов, которые были готовы в апреле следующего года.
Самой трудной проблемой при проектировании WS-110A было одновременное достижение высокой сверхзвуковой скорости и межконтинентальной дальности полета. Для этого требуется получить высокое сверхзвуковое аэродинамическое качество – задача, не решенная полностью и в наши дни. В 1950-х годах трудности усугублялись малой экономичностью имевшихся двигателей, недостаточной изученностью аэродинамики сверхзвуковых скоростей, отсутствием высокопроизводительных ЭВМ для проведения расчетов. В результате оба спроектированных самолета WS-110A имели небывало высокую размерность. Проектом фирмы Норт Америкен предусматривалось создание бомбардировщика массой 340 т с треугольным крылом, к которому крепились дополнительные консоли с расположенными посередине огромными топливными баками. В районе цели консоли с баками, в которых размещалось по 86 т топлива, должны были сбрасываться с последующим разгоном самолета до М=2,3. Фактически это было «звено» из трех аппаратов. Эксплуатировать его с существующих аэродромов не представлялось возможным.
Схема самолета ХВ-70А «Валькирия»
Старт'межконтинентальной крылатой ракеты Нортроп SM-62A «Снарк»
Схема ракеты «Снарк»
Оба представленных проекта были отклонены в октябре 1956 г. и после переработки вновь представлены через девять месяцев – к июлю 1957 г. Проектировщики учли требование ВВС уменьшить взлетную массу. Но, главное, они существенно изменили свои проекты под вновь поставленную задачу обеспечить полностью сверхзвуковой полет. Требовалась дальность до 9600 км с крейсерским числом М=2 и возможностью броска с М=3 в районе цели. ВВС, формулируя новое ТЗ, опирались на рекомендации ученых из NACA (аналог российского ЦАГИ), которые по словам Х.Драйдена, тогдашнего директора NACA, добились к тому времени крупных успехов в изучении аэродинамики, прочности и силовых установок сверхзвуковых самолетов. Был учтен и опыт проектирования фирмой Рипаблик «трехмахового» истребителя перехватчика XF-103, разработка которого была прекращена в том же 1957 г.
Для уменьшения потребного запаса топлива и размерности самолета фирмы Боинг и Норт Америкен решили перейти к борово- дородному топливу, предложенному как горючее еще в 1929 г. в Советском Союзе 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 у нас 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 1,52, максимальное число М – до 3, дальность полета 9600 км достигалась на крейсерской высоте 15000 м.
Норт Америкен применила ряд компоновочных мер, направленных на повышение сверхзвукового аэродинамического совершенства. Первым шагом стал традиционный способ – установка цельноповорот- ного переднего оперения, играющего роль дестабилизатора и уменьшающего балансировочное сопротивление самолета на сверхзвуке. Но этого оказалось недостаточно и Норт Америкен пошла на риск, использовав новое оригинальное техническое решение. Идея, которая лежала в основе концепции полностью сверхзвукового бомбардировщика, состояла в повышении подъемной силы за счет сжатия воздушного потока. Она была предварительно апробирована в ходе экспериментальных исследований NACA в 1955-1956 гг., а в проекте Норт Америкен воплощена размещением 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.
Рисунок экспериментального «трехмахового» перехватчика Рипаблик XF-103, разработка которого была прекращена в 1957 г.
Межконтинентальная крылатая ракета Норт Америкен XSM-64 «Навахо»
Схема ракеты «Навахо»
Еще одним техническим новшеством стали отклоняемые вниз концевые части крыла. Главное их назначение – повышение путевой устойчивости самолета. Это позволило уменьшить размеры килей и способствовало росту аэродинамического качества самолета. Одновременно отклонение концов крыла приводило к перемещению аэродинамического фокуса самолета вперед (благодаря уменьшению эффективной 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 воздухозаборника, отражались от отклоненных концов, что еще более повышало давление под крылом. Все это дополнительно увеличивало аэродинамическое совершенство самолета.
Проект фирмы Норт Америкен был признан перспективным, 23 декабря 1957 г. она была объявлена победителем конкурса проектов и получила контракт на разработку самолета, которому в феврале следующего года дали
обозначение В-70, а в июле – название «Валькирия». В выборе Норт Америкен сыграло, вероятно, свою роль и желание ВВС поддержать эту фирму, портфель заказов которой к тому времени оскудел (работы по ракете «Навахо» незадолго до этого прекратились, а производство истребителя F-100 «Супер Сейбр» близилось к завершению) и 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 г., первое авиакрыло планировалось сформировать к августу 1965 г.
Истребитель Норт Америкен F-100 «Супер Сейбр»
F-107A (первоначальное обозначение F-100B) – развитие истребителя F-100. Его разработка была прекращена в 1957 г.
Первое время программа самолета В-70 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 г., когда завершилось изготовление макета самолета, по заказу ВВС был построен завод стоимостью 45 млн долл. для производства бороводородного топлива. Но он так и fie 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 предполагалась по программе самолета F-108.
К этому времени успешные запуски первой американской МБР «Атлас» подтвердили перспективность ракетного оружия и поставили под сомнение саму необходимость пилотируемых бомбардировщиков. Но, главное, появление в СССР первых дальних мобильных зенитных ракетных комплексов заставило сделать вывод, что по уязвимости сверхзвуковой В-70 будет ненамного лучше дозвукового В-52. Такое, все более распространявшееся мнение в дальнейшем подтвердилось, но в то время абсолютной уверенности в подобных прогнозах не было и программа самолета В-70 вступила в полосу неопределенности, продолжавшуюся почти пять лет.
Первым ударом стало прекращение в декабре 1959г. разработки В-70 как системы оружия. Новыми планами предусматривалась постройка одного экспериментального ХВ-70 без навигационно-бомбардировочной системы и системы вооружения. ВВС США все же не теряли надежды довести работы по бомбардировщику до серийного производства и