Самолёт Су-7, стоявший на вооружении ВВС СССР, является типичным представителем тактических самолётов своего времени. Будучи построенным в начале «холодной войны» как истребитель, он превратился в истребитель-бомбардировщик и носитель ядерного оружия. Су-7 постоянно совершенствовался, его боевые возможности расширялись, а лётные характеристики улучшались, что позволило самолёту стать довольно успешным коммерческим проектом и достаточно долго оставаться на вооружении многих стран. Его прочная и надёжная конструкция стала основой для разработки многих интересных проектов, одним из которых стал самолёт с изменяемой стреловидностью крыла -Су-17.
РАЗРАБОТКА
История создания Су-7 начиналась с конца 1940-х — начала 1950-х годов, когда в СССР начали разрабатывать требования к новому истребителю с высокой сверхзвуковой скоростью и большим практическим потолком, который мог бы перехватывать высотные разведывательные самолёты и противостоять перспективным истребителям противника.
По мнению специалистов военной авиации, требовалось два вида новых машин: фронтовой истребитель, с возможностью нанесения ударов по наземным целям, и чистый перехватчик. Для новых фронтовых истребителей максимальная скорость полёта должна была составлять 1800 км/ч, потолок -19 000 м. Для перехватчиков требуемая скорость увеличивалась на 100 — 150 км/ч, а потолок — на 1000 м. Дальность полёта обеих машин на большой высоте без подвесных баков равнялась 1400 км. Вооружение фронтового истребителя должно было состоять из трёх 30-мм пушек, а перехватчика — из двух орудий такого же калибра. Перехватчики планировалось оборудовать радиолокационной станцией.
Из истребительных КБ за такую работу могли взяться только фирмы Микояна и Яковлева, которые регулярно получали финансирование, строили серийные самолёты и занимались опытноконструкторскими работами, а вот КБ Лавочкина практически полностью переориентировалось на ракетную тематику. Почти сразу после смерти Сталина, его приемник Г. М. Маленков усилил истребительное направление, вернув в строй опального конструктора Павла Осиповича Сухого. Конструкторское бюро беспартийного Павла Осиповича было закрыто в 1949 году из-за его конфликта с министром вооруженных сил СССР Н. А. Булганиным. Хотя по официальной версии, КБ Сухого закрыли в связи с катастрофой опытного перехватчика Су-15 и общей «неэффективностью» работы.
В мае 1953 года в ОКБ-1 под руководством Сухого началась работа сразу над двумя проектами. Оба самолёта рассматривались в двух вариантах, отличающихся формой крыла в плане. Одно крыло имело традиционную стреловидную форму, а другое — новую для того времени — треугольную. Фронтовой истребитель со стреловидным крылом получил обозначение С-1, а с треугольным — Т-1. Соответственно назвали и перехватчики — С-3 и Т-3.
Для достижения С-1/С-3 больших скоростей полёта Павел Осипович установил для него стреловидность крыла в 60°, по линии 1/4 хорд, и использовал новый турбореактивный двигатель (ТРД) конструктора Архипа Михайловича Люльки — АЛ-7Ф, с заявленной тягой на форсаже 10 000 кгс. Правда, двигатель ещё не был готов, и в качестве временной меры на прототипы могли поставить его нефорсированный вариант АП-7, с на треть меньшей тягой. Несмотря на это, расчёты показывали, что даже с таким слабеньким ТРД самолёты «С» выйдут на сверхзвуковые скорости.
В пользу Сухого играла сложившаяся во фронтовой авиации СССР ситуация. Командование и лётчики строевых полков чувствовали себя достаточно уверенно, в отличие от лётчиков ПВО, которые никак не могли справиться со всё возрастающим потоком воздушных нарушителей. Тактические истребители вероятного противника начала 1950-х годов не блистали рекордными характеристиками, и над полем боя МиГ-17 прекрасно решал свою задачу. Его основным противником становился американский околозвуковой F-84F Thunderstreak. Самолёт вооружался шестью крупнокалиберными пулемётами и мог нести на внешней подвеске одну ядерную или четыре обычные бомбы калибра 450 кг. Крыло стреловидностью 40° и двигатель тягой 3270 кгс обеспечивали «американцу» максимальную скорость полёта без внешних подвесок 1160 км/ч. По своим манёвренным характеристикам и стрелковому вооружению он проигрывал МиГ-17. Например, скороподъёмность на высоте 6000 м у МиГа составляла 27,5 м/с, а у F-84F -26 м/с; радиус виража у МиГ-a — 410 м, а у F-84F — 630 м.
Французы серийно выпускали свой тактический истребитель Mister IVA, который был немного лучше F-84F, но и он не мог похвастаться превосходством над 17-м МиГом.
Лучше всех на общем фоне выглядел британский тактический истребитель Hunter. Его скороподъёмность на высоте 6000 м составляла почти 30 м/с, а радиус виража у земли был близок к радиусу МиГа. Кроме этого, уважение вызывали и его четыре 30-мм пушки, а также то, что на «Хантере» в 1953 году удалось установить мировой рекорд скорости на базе 3 км — 1171 км/ч.
Что же касается штурмовиков, то таких специализированных самолётов в ВВС США и NATO не было вообще. Для ударов по наземным целям в интересах сухопутных войск использовались устаревшие поршневые истребители Р-51 Mustang, F4U Corsair, а также реактивные истребители F-80, F-84 и F-86. Их живучесть, бомбовая нагрузка, дальность полёта, а главное — точность применения вооружения по наземным целям оставляли желать лучшего. Настоящий штурмовик А-1 Skyraider был только в палубной авиации, но она на громадных просторах СССР «погоды не делала».
Такое положение беспокоило западных военных и в феврале 1952 года на 9-й сессии Атлантического Совета в Лиссабоне приняли решение о разработке лёгкого истребителя-бомбардировщика, который должен был стать стандартным самолётом для стран участниц NATO. Объявленные требования к такому самолёту и ход самого конкурса, который завершился принятием на вооружение самолёта G.91, особого беспокойства в СССР не вызывали.
Но обстановка на «фронте» «холодной войны» в то время менялась очень быстро. Начиная с весны 1953 года, в воздух поднялись уже сверхзвуковые тактические истребители: американские F-100, F-101 и французский Super Mister. Против них ОКБ Микояна выставляло свой новый фронтовой истребитель МиГ-19. Испытания самолётов только начались, но специалистам уже стало ясно, что их характеристики будут близкими и не обеспечат решающего превосходства в воздушном бою. Отсюда и проистекало желание всех «игроков» на истребительном поле в СССР создать ещё более лучший самолёт. Причём делать это нужно было быстро — прогресс в области двигателестроения и аэродинамики уже открывал перед конструкторами возможность разогнать машину до двух скоростей звука.
Истребители «С» и «Т» ОКБ Сухого появились как нельзя кстати.
Они-то как раз и работали на опережение. Поэтому предложение Сухого получило одобрение и поддержку правительства. Соответствующее постановление вышло 8 августа 1953 года. Сдать первую скоростную машину на испытания требовалось не позднее мая 1955 года.
Конструктор П. О. Сухой
Похожие проекты выдвинул и главный конкурент — ОКБ № 155 Микояна и Гуревича. Коллектив самого мощного истребительного бюро страны также начал работу над фронтовым истребителем со стреловидным и треугольным крылом. Варианты получили обозначение Е-1 и Е-5, соответственно. Как и Сухой, Микоян с Гуревичем хотели определить лучший самолёт в ходе сравнительных испытаний. В качестве силовой установки на «Е» планировалось использовать ТРД Микулина АМ-11 с тягой на форсаже 5100 кгс.
Сроки, поставленные конструкторам С-1, были жёсткими, но проектирование шло довольно бойко, ведь в основу конструкции С-1 был положен предыдущий проект Сухого, известный как «Р» (первый Су-17) — построенный, но так и не летавший. Для коллектива ОКБ-1 также не пропала даром и его предыдущая работа. До прихода Сухого инженеры бюро занимались копированием истребителя F-86 Sabre. Наиболее удачные американские технические решения «плавно перешли» с «Сейбра» на С-1. Были взяты: подвеска закрылков, необратимые бустеры и некоторые элементы гидравлической системы. Давление в гидросистеме также соответствовало давлению в системе F-86 — 210 кг/м2. Такая величина немного увеличивала толщину трубопроводов, но серьёзно уменьшала габариты исполнительных механизмов и повышала их быстродействие.
Эскизный проект С-1 завершили осенью 1953 года. Рабочие чертежи самолёта Сухой потребовал закончить к 31 декабря. Коллективу ОКБ пришлось переселиться в конструкторские, рядом с кульманами поставили кровати, а еду приносили прямо на рабочее место. Благодаря чему работу завершили в срок.
В начале 1954 года Сухому выделили опытный завод для постройки первых экземпляров истребителя. ОКБ-1 переименовали согласно номеру завода в ОКБ-51. Теперь Сухой имел всё необходимое. Уточнение чертежей и размещение оборудования в самолёте производились с использованием деревянного макета, который сдали комиссии заказчика. Она утвердила внешний облик машины в феврале 1954 года.
Летом началось строительство двух опытных образцов С-1. Первый предназначался для лётных испытаний, а второй — для статических. Статический экземпляр сделали быстрее и начали нагружать для проверки прочности конструкции.
При нагрузке в 85% от расчётной произошло неожиданное — сломалась задняя стенка крыла. Разрушение случилось в районе соединения с главной балкой, которую иногда именуют «подкосом». Слабое место пришлось усиливать стальными накладками и вносить соответствующие изменения в конструкцию лётного экземпляра. В следующем нагружении поломка состоялась уже при нагрузке в 101%. Сухой считал данную цифру нормальной для весового совершенства конструкции, и дальнейшее усиление уже не проводилось.
Оригинально поступили и с аэродинамическими перегородками на крыле, которые повышали устойчивость, препятствуя перетеканию потока, но при нагрузках трескались. Для придания гибкости, перегородки разрезали на несколько отдельных секций. В остальном статиспытания подтвердили расчётные данные и С-1 с временным нефорсированным двигателем АП-7 стали готовить к полётам.
Силовая установка С-1 была не совсем обычной, поэтому стоит рассмотреть её подробнее.
Разрабатывая свой новый турбореактивный двигатель АЛ-7, Архип Михайлович Люлька решил добиться увеличения тяги путём повышения степени сжатия воздуха в компрессоре. Эту задачу можно было решить простым добавлением ступеней, но при этом возрастали масса и габариты двигателя. А можно было применить так называемый сверхзвуковой компрессор. В нём, благодаря специальному профилю лопаток, воздушный поток между ними движется быстрее скорости звука. Ступеней у него меньше, но напор воздуха больше. Соответственно, меньше масса и больше тяга.
Однако от сверхзвукового компрессора очень трудно добиться устойчивой работы. Кроме этого, лопатки подвергаются сильным нагрузкам и даже небольшие забоины на поверхности могут привести к их разрушению. Ввиду этих недостатков, обычно, сверхзвуковыми делают не все ступени, а только несколько, тогда заставить их работать проще.
Люлька решил сделать сверхзвуковой только одну — первую ступень. По своей эффективности она заменяла 3-4 дозвуковые.
Для повышения напорности диаметр колеса новой ступени был увеличен, а диаметр старых ступеней остался прежним, из-за этого в воздушном тракте образовался характерный горб. На испытаниях двигатель заработал и показал расчётные характеристики, но вот его горб не давал покоя коллективу конструкторов. Однако все их попытки выправить «уродство» так и не увенчались успехом. Ровный компрессор упрямо работать не хотел. В конце концов, его оставили в покое и необычная форма проточной части компрессора АЛ-7 стала, как это сейчас говорят, его «визитной карточкой».
Люлька даже шутил по этому поводу. Однажды его ОКБ посетила американская делегация из General Electric. Ведущий специалист фирмы, увидев компрессор «Семерки», удивлённо спросил Люльку: «Почему у Вашего двигателя компрессор горбатый?» На что тот, шутя, ответил: «Он от рождения такой!»
Сверхзвуковая ступень подняла степень сжатия компрессора у АЛ-7 до 9,1. В то время как на предыдущем АЛ-5, с обычным компрессором, она равнялась всего 4,5. Максимальная тяга по сравнению с «Пятеркой» увеличилась на 1340 кгс.
Самолёт Су-7Б:
1 — руль поворота; 2 — узел навески руля поворота; 3 — эксплуатационные лючки; 4 — тормозной щиток; 5 — сдвижная часть фонаря; 6 — козырёк фонаря кабины; 7 — противопомпажная створка; 8 — усиливающая накладка; 9 — фюзеляжный пилон; 10 — крыльевой пилон; 11 — замок тормозного парашюта; 12 — ПВД-5; 13 — ДУАС-133-8; 14 — кресло КС-2; 15 — сдвижная часть фонаря в открытом положении; 16 — АМЗ-53МС в рабочем положении; 17 — газовочный трос; 18 — упорные колодки; 19 — ПТБ-600; 20 — колесо носовой стойки; 21 — носовая стойка шасси; 22 — стремянка; 23 — створка носовой стойки шасси; 24 — предохранительная газовочная сетка; 25 — гаргрот электро-и радиопроводки; 26 — аэродинамическая перегородка № 1; 27 — аэродинамическая перегородка № 2; 28 — колесо основной стойки шасси; 29 — гидротележка; 30 — форсунки системы струйной защиты; 31 — жалюзи сброса воздуха с лент перепуска; 32 — пушка; 33 — люк снаряжения боекомплекта; 34 — АНО; 35 — противофлаттерный груз; 36 — пластина триммера руля высоты; 37 — руль высоты; 38 — люк пушечного отсека; 39 — посадочная (рулёжная) фара; 40 — крыльевой пилон; 41 — эксплуатационные лючки; 42 — разрядник статического электричества; 43 — элерон; 44 — закрылок; 45 — контейнер тормозного парашюта; 46 — створки основной стойки шасси; 47 — створки фотоаппарата; 48 — створки носовой стойки шасси в закрытом положении; 49 — антенна СОД-57; 50 — аэродинамическая перегородка № 2; 51 — аэродинамическая перегородка № 1; 52 — тормозной парашют в выпущенном положении; 53 — закрылок в выпущенном положении; 54 — тормозной щиток в выпущенном положении
Двигатель-конкурент АМ-11 (Р11Ф-300), разработанный для самолётов Микояна в ОКБ Микулина, имел полностью сверхзвуковой шестиступенчатый компрессор.
А вот General Electric пошла простым путём увеличения числа ступеней. Её конструкторы «нагородили» их в J79 аж 17 штук, но довели при этом степень сжатия до рекордных 12-ти!
Совершенно разными путями пошли конструкторы и в обеспечении устойчивости работы двигателя, и в борьбе с помпажом.
Люлька применил перепуск воздуха из проточной части. «Лишний» воздух отводился от четвёртой и пятой ступеней, и выбрасывался в атмосферу через отверстия в корпусе двигателя, которые совмещались с двумя вырезами в верхней части фюзеляжа самолёта. В нормальном состоянии отверстия на двигателе закрывались стальными лентами. Перепуск является самой простой и в то же время самой неэкономичной системой. В момент открытия отверстий в корпусе у ТРД снижается тяга и увеличивается расход топлива.
У General Electric для устойчивости работы двигателя применялись поворотные направляющие лопатки компрессора. Эта система практически не имеет «побочных эффектов», но она на порядок сложнее и дороже перепуска.