Средства обнаружения и аэродинамическая компоновка

Исход любой боевой операции зависит не только от эффективности средств поражения нападающей стороны (т. е. от возможности поразить цель), но и от эффективности противодействия обороняющейся стороны (от возможности защититься).
Военный самолет в ходе боевой операции является одновременно и нападающей и обороняющейся стороной. Эффективность его существенно зависит от возможности обнаружить цель и не быть обнаруженным противником.
В начальный период использования авиации в боевых действиях самолет противника обнаруживали с земли "на слух" по звуку работающего мотора и визуально. Затем появились акустические (от греч. akustikos - слуховой) приборы, позволявшие увеличить дальность обнаружения.
Установка глушителей на моторы оказалась неэффективной, поскольку при этом уменьшалась не только шумность мотора, но и его мощность, что отрицательно сказывалось на летно-технических и маневренных характеристиках самолета.
Предпринимались попытки создать визуально малозаметные самолеты с прозрачной обшивкой из органического стекла и деталями каркаса, окрашенными серебристо-белой краской и отлакированными с целью отражения света от непрозрачных поверхностей. Такие самолеты в воздухе быстро исчезали с глаз наземных наблюдателей, но прозрачная обшивка быстро старела, тускнела и теряла прозрачность. Довольно эффективным методом снижения визуальной заметности самолета стал камуфляж (франц. camouflage) - способ маскировки, при котором на поверхность самолета наносят пятна и полосы различной формы и цвета, что изменяет его внешний вид и искажает контуры.
Для нападения на объекты с сильной системой противовоздушной обороны (ПВО) начали применять тактику ночных налетов.
С появлением РЛС сначала в наземных системах ПВО, а впоследствии и на самолетах (бортовых РЛС - БРЛС) встала задача уменьшить возможность обнаружения самолета с помощью РЛС.

Самолет 2 (рис. 7.94), летящий на большой высоте по траектории 3 к цели 8, будет обнаружен в точке 4 лучом 5 антенны РЛС 9 системы ПВО на достаточно большом удалении от объекта 8. Более раннему обнаружению самолета препятствуют неровности рельефа местности (возвышенности, горы) 10, которые луч РЛС не может обогнуть. Мощность (дальность) РЛС самолета 2 не позволяет ему в точке 4 обнаружить цель 8, однако бортовые системы самолета, зафиксировав его облучение РЛС системы ПВО, могут расчетными методами обнаружить положение РЛС системы ПВО.

Рис. 7.94. Дальность обнаружения самолета противника РЛС системы ПВО

Для нападения на объекты с сильной системой ПВО начали применять тактику уничтожения РЛС системы ПВО специальными ракетами, запуск которых с борта самолета 2 возможен в точке траектории 4, если достаточна дальность действия ракеты. Начали применять тактику полета самолета 14 к цели на малой высоте по траектории 12 с огибанием рельефа местности. В этом случае самолет 14 будет обнаружен в точке 11 траектории, т. е. на значительно меньшем удалении от цели, что резко повышает вероятность ее поражения.
Стремление обнаружить самолет противника на большом удалении от цели привело к созданию специальных самолетов дальнего радиолокационного обнаружения (ДРЛО).
Такой самолет 7, патрулирующий на большой высоте в зоне охраняемого объекта, лучом 6 мощной бортовой РЛС может обнаружить самолет противника 2 в точке 1, а низколетящий самолет 14 - в точке 13, что резко повышает вероятность поражения самолета.
Самолет ДРЛО обеспечивает получение, обработку и передачу информации о воздушной обстановке на наземные, корабельные, самолетные командные пункты; обнаружение наземных (надводных) целей, наведение на них ударных самолетов (кораблей); наведение истребителей-перехватчиков на воздушные цели.
Такой самолет может использоваться и в сугубо мирных целях: экстренное восстановление связи в районах природных или техногенных катастроф, сбор и обработка информации для экологического мониторинга (от лат. monitor - напоминающий, надзирающий) и т. п.
Самолеты ДРЛО создаются чаще всего на базе серийных пассажирских или транспортных самолетов. Основные особенности аэродинамической компоновки таких самолетов связаны с необходимостью размещения крупногабаритных радиолокационных антенн кругового обзора и обеспечения большой продолжительности полета (до 24 часов).
Одна из возможных схем самолета ДРЛО представлена на рис. 7.95. Внутри установ-

Рис. 7.95. Самолет ДРЛО

ленного на пилонах 1 радиопрозрачного обтекателя 2 размещены антенны 3 РЛС и систем опознавания и связи.
Вместительный фюзеляж пассажирского или транспортного самолета-прототипа позволяет разместить в нем сложное, тяжелое и габаритное специальное радиоэлектронное оборудование, оборудование обработки (ЭВМ) и передачи информации, дополнительные топливные баки, рабочие места и места отдыха летного экипажа и операторов систем специального оборудования.
По сравнению с наземными (корабельными) РЛС самолет ДРЛО в боевой обстановке обладает следующими преимуществами: практическим отсутствием ограничений дальности обнаружения воздушных целей по высоте полета, высокой мобильностью и, как следствие, меньшей уязвимостью для различных средств поражения.
Естественно, что размещение на самолете вынесенных в воздушный поток крупногабаритных обтекателей антенн и пилонов их крепления оказывает существенное влияние на аэродинамические характеристики самолета, его устойчивость и управляемость.
Создание космических, так же как и самолетных, средств ДРЛО, уверенно селектирующих (от лат. selectio - выбор, отбор) и сопровождающих низколетящие цели на фоне подстилающей поверхности (земли, воды), разработка средств обнаружения целей по инфракрасному (тепловому) излучению поставили задачу разработки средств и методов уменьшения радиолокационной (РЛ) и инфракрасной (ИК) заметности самолетов.
Радиолокационную заметность, характеризующую способность самолета отражать электромагнитные импульсы, излучаемые наземными или самолетными РЛС противника, принято выражать через величину эффективной поверхности рассеяния (ЭПР), или эффективной отражающей поверхности (ЭОП), которая определяется как площадь пластины, установленной под прямым углом к сигналу радиолокатора и полностью отражающей его.
Дальность и устойчивость обнаружения самолета противника при облучении РЛС и успешное проведение атаки зависят от величины отражаемого им сигнала.
Здесь следует отметить, что ЭОП играет значительную роль при выполнении слепых посадок с помощью наземных радиосредств и при работе бортовых ответчиков на пассажирских линиях.
Однако не только размеры самолета (площади сечений, перпендикулярных направлению луча РЛС) определяют величину отраженного сигнала.
Хорошо отражают излучаемую РЛС энергию наружные подвески любого рода (ракеты, подвесные топливные баки и т. п.), экраны самолетных РЛС, плоские вертикальные поверхности (киль и боковые стенки фюзеляжа), резкие изломы и перегибы в местах угловых стыков частей самолета, первые ступени компрессоров и вентиляторов двухконтурных турбореактивных двигателей (см. главу 14); каналы воздухозаборников могут концентрировать и фокусировать отраженный радиолокационный луч. Кроме того, любая радиоэлектронная аппаратура самолета излучает электромагнитную энергию, которая может быть зафиксирована РЛС противника
Сделать самолет малозаметным для РЛС противника можно, придав ему малоотражающие формы, т. е. скомпоновав его так, чтобы он отражал электромагнитные волны в сторону от локатора.
Существенно уменьшает величину ЭПР применение на самолете радиопоглощающих конструкций (например, на основе углепластиковых композиционных материалов) и противорадиолокационной окраски, которая не поглощает радиолокационные волны, но ослабляет интенсивность отражения от "горячих электромагнитных точек" на поверхности самолета, т. е. от зон с максимальным радиолокационным отражением.
Основными источниками ИК-излучения на самолете являются работающий двигатель, горячие газы реактивной (выхлопной) струи двигателя, бортовые агрегаты и приборы, конструкция самолета, подвергающаяся аэродинамическому нагреву при полете на больших скоростях.
Сделать самолет малозаметным для ИК-средств обнаружения противника можно, применяя различные тепловые экраны, теплоизоляционные материалы, отводя горячие выхлопные газы двигателей на верхнюю поверхность самолета (т. е. экранируя их крылом или фюзеляжем и уменьшая их ИК-заметность для наземных средств обнаружения), или смешивая их с внешним холодным воздухом, или применяя плоские сопла (т. е. уменьшая сектор обзора внутреннего канала двигателя с задней полусферы) и т. п.
Комплексное использование методов снижения РЛ- и ИК-заметности самолетов принято обозначать за рубежом термином "стелс" (от англ. stealth - украдкой, втихомолку, тайком) или технология (техника) "стелс".
В мире серийно строится только два самолета, для которых технология "стелс" определяет концепцию боевого применения (прорыв системы ПВО) и, как следствие, аэродинамическую схему и компоновку.

Рис. 7.96. Самолет F-117A

В июне 1981 года совершил первый полет F-117А (последний поступил на вооружение в 1990 году) - одноместный дозвуковой тактический (ударный) истребитель (рис. 7.96) американской фирмы Локхид (Lockheed), предназначенный для скрытного проникновения на малых высотах через систему ПВО противника и атак стратегически важных наземных объектов военной инфраструктуры (ракетные базы, аэродромы, центры управления и связи и т. п.), для поиска и уничтожения несущих боевое дежурство в воздухе самолетов ДРЛО.
Самолет построен по схеме "бесхвостка" с V-образным вертикальным оперением. Совершенно не характерные для дозвуковых самолетов крыло большой стреловидности (67,5°) с острой передней кромкой, очерченный прямыми линиями профиль крыла, граненый фюзеляж, образованный плоскими панелями, расположены таким образом друг относительно друга, чтобы отражать электромагнитные волны в сторону от РЛС противника. Такая форма самолета, построенного по концепции "плоскостей-отражателей", получила название "фасеточной" (от франц. facette - грань).
Интересно отметить, что применение граненой конструкции позволяет сделать объект и максимально заметным. На первом лунном самоходном аппарате "Луноход-1", предназначенном для комплекса научных исследований на поверхности Луны, был установлен лазерный уголковый отражатель - оптическое устройство, отражающее падающее на него лазерное излучение строго в обратном направлении, что позволило с высокой точностью измерять расстояние до Луны. "Луноход-1" был доставлен на Луну КА "Луна-17" и проработал на ее поверхности почти год (с 17.11. 1970 по 4.10.1971). Перед прекращением работы, вызванным выработкой ресурса изотопного источника энергии, "Луноход-1" был поставлен на практически горизонтальной площадке в такое положение, при котором уголковый отражатель обеспечил многолетнее проведение лазерной локации его с Земли.
Были предприняты и другие меры для снижения радиолокационной, тепловой и акустической заметности самолета. Расположенные над крылом с обеих сторон фюзеляжа плоские воздухозаборники имеют продольные перегородки из радиопоглощающих материалов. Часть потока холодного воздуха отделяется на входе в воздухозаборники и, минуя двигатели, попадает в экранируемые крылом плоские сопла, нижние панели которых покрыты теплопоглощающими керамическими плитками, что снижает ИК-заметность самолета.
Самолет не имеет внешних подвесок, все вооружение размещено внутри фюзеляжа.
Контуры щелей, образующихся в местах соединения фонаря кабины с фюзеляжем, створки отсеков шасси и вооружения имеют пилообразную форму, что также обеспечивает эффективное рассеяние электромагнитной энергии и предотвращает ее прямое отражение в направлении приемопередающей антенны РЛС противника.
В конструкции самолета широко применены радиопоглощающие и радиоотражающие материалы.
В результате этих мер ЭПР самолета при облучении его локатором спереди и сзади составляет около 0,01 м², а при облучении с других ракурсов - до 0,025 м², что на несколько порядков меньше, чем ЭПР обычных самолетов.
Естественно, что граненая форма фюзеляжа и необычный профиль крыла резко ухудшают аэродинамические характеристики самолета.
Таким образом, в процессе проектирования был достигнут компромисс, при котором требования малой радиолокационной заметности возобладали над требованиями аэродинамики - аэродинамическое качество самолета примерно вдвое меньше, чем у обычных самолетов-бесхвосток, что ограничивает радиус действия самолета и уменьшает боевую нагрузку.

Рис. 7.97. Самолет B-2

В июле 1989 года совершил первый полет В-2, самый дорогой самолет в истории авиации - цена одного экземпляра превышает 2 млрд. долларов.
Дозвуковой стратегический бомбардировщик США создавался фирмой Нортроп (Northrop) с применением новейших разработок в области вычислительной техники, что позволило найти оптимальный компромисс между требованиями аэродинамики и малой радиолокационной заметности.

Самолет В-2 (рис. 7.97) построен по схеме "летающее крыло" без вертикальных поверхностей управления, что изначально уменьшает ЭПР. Традиционные для дозвуковых скоростей полета поверхности крыла были рассчитаны так, чтобы выбрать двойную кривизну обшивки, обеспечивающую не только потребные с точки зрения малой радиолокационной заметности углы отражения сигнала РЛС, но и высокие аэродинамические характеристики.
Умеренно стреловидное по передней кромке крыло (33°) большого удлинения, зигзагообразная (пилообразная) задняя кромка, углы стреловидности которой (прямые и обратные) равны углам стреловидности по передней кромке, плавные очертания профиля крыла позволили получить почти такое же аэродинамическое качество, как у дозвуковых стратегических бомбардировщиков традиционных схем.
Для управления самолетом используются трехсекционные элевоны и расщепляющиеся щитки-рули на концах крыла. Устойчивость и управляемость самолета обеспечивается автоматическими системами управления (см. раздел 7.8).
Сравнительно небольшая удельная нагрузка на крыло и мощная воздушная подушка, образующаяся под самолетом при приземлении, обеспечивают умеренную посадочную скорость летающего крыла, не имеющего взлетно-посадочной механизации.
Величина ЭПР стратегического бомбардировщика В-2 с передней полусферы составляет около 0,01 м², что в 100 раз меньше, чем у стратегического бомбардировщика В-1В, и в 4000 раз меньше, чем у стратегического бомбардировщика В-52, и примерно столько же, как у тактического истребителя F-117А.
Если учесть, что В-2 и F-117А существенно различаются по максимальной взлетной массе (180 000 кг и 20 000 кг соответственно) и по размерам (размах крыла - 52,4 м и 13,2 м соответственно), то можно сделать следующий вывод: использование при проектировании передовых разработок в области вычислительной техники позволяет решать нетривиальные задачи по выбору оптимальных аэродинамических схем самолетов с учетом многих противоречивых требований технического задания на проектирование.
Следует заметить в заключение, что эти самолеты-невидимки не являются "невидимыми" в любом диапазоне волн, однако уменьшение РЛ- и ИК-заметности существенно повышает боевую эффективность самолета и создает определенные проблемы для средств ПВО. Поэтому боевые самолеты последних поколений в большей или меньшей мере имеют элементы техники малозаметного самолета в своей компоновке и конструкции. Специалисты в области радиотехники утверждают, что с помощью активного бортового радиоэлектронного оборудования самолет любой конфигурации можно сделать малозаметным.