Ту-160: о бедном сверхзвуке замолвите слово

Снайперский выстрел на сверхдальние дистанции

Энцо Феррари (и/или Фердинанд Порше) говаривал:


Оптимальных результатов можно добиться, только затачивая изделие под максимально конкретные задачи (в случае с Энцо Феррари речь шла о заранее известном количестве кругов, которые должен проехать болид).

К примеру, «идеальный самолет» (если такой термин вообще уместен) можно создать только, если доподлинно знать, что основным боевым применением этого самолета станет конкретный конфликт. При этом самолет будет взлетать с базы, расположенной на известном расстоянии от цели, а 90% вылетов он совершит с нагрузкой 10 000 кг. Подлетное время не будет иметь значения, или наоборот. И еще множество параметров.

Очевидно, что подобная ситуация - утопия, даже если рассматривать краткосрочные перспективы (такие, как вероятность войны в отдельно взятом регионе с конкретным противником, существующие образцы вооружения и т.д.).

Задача усложняется еще и экстремально большими периодами жизни самолетов подобного класса (не обязательно сверхзвуковых).

Так, к примеру, американский бомбардировщик Б-52 совершил свой первый полет 15 апреля 1952 года и скоро будет праздновать очередной юбилей - 70 лет. А работы над его созданием начались еще раньше (правда, в масштабе срока эксплуатации это не столь существенно). К тому же, США планируют использовать Б-52 до 2050 года. Таким образом, к концу этого периода возраст самолета достигнет 100 лет.

В итоге, пытаясь определить концепцию «современного» самолета, необходимо учитывать не только все многообразие сценариев, которые могут иметь (а могут и не иметь) место «сегодня», с учетом их вероятности и важности роли самолета в них. Но и пытаться предугадать этот же набор сценариев через 20, 30, 70 и 100 лет.

Такая задача равносильна снайперскому выстрелу на сверхдальние дистанции.

Это важно понимать, чтобы в дальнейшем не руководствоваться изначально утопическими критериями современности/несовременности самолета.

Крыло с изменяемой стреловидностью

Одним из популярных доводов в пользу тупиковости концепции сверхзвуковых самолетов ДА (и в частности Ту-160) является то, что сверхзвук не нужен. А раз он не нужен, значит не нужно и крыло с изменяемой стреловидностью. И избавившись от него, можно упростить производство, обслуживание и использовать полезный объем для увеличения запаса топлива.

Давайте разбираться шаг за шагом.

Первое допущение заключается в том, что изменяемая стреловидность необходима только лишь для сверхзвука. Это не так. Параметры крыла важны на всех этапах, режимах и профилях полета.

Для того, чтобы оторваться от полосы с топливом и ракетами, самолету нужны максимум подъемной силы при минимуме скорости, а такие параметры обеспечиваются только крыльями с высоким коэф. удлинения. Проще говоря, для взлета идеальной является компоновка «а-ля-планер».

Но по мере набора скорости ситуация меняется.

Чем быстрее, тем большая стреловидность является оптимальной. То есть эффект есть и во всем диапазоне скоростей.

Американцы рассматривали возможность поставить фиксированное крыло на B1, ограничив скорость полета. И были даже построены такие самолеты. Но в дальнейшем от этого отказались в пользу решения с изменяемым углом.


Примечание: Скорости до 1,2М считаются трансзвуковыми. Значение в 1,25М и вовсе выглядит каким-то «издевательским»: значительно ближе к 1,2 чем к 2. Но, формально, это сверхзвук.

Да и в целом, ситуация с ухудшением характеристик выглядит странно - крыло оставили, аэродинамически планер не сильно изменился, в сухом остатке: что помешает ему неожиданно полететь на большей скорости? Двигатели? Нет никаких гарантий в том, что параметры этих двигателей правдивы и они не потянут 2М. К тому же, есть двигатели, на которых самолет фактически уже летал на 2М, так как было построено 4 таких самолета.
Но это «мысли вслух» и конспирология (возможно кому-то будет интересно порассуждать в этом направлении).

Вернемся к теме к нашим самолетам.

Каков боевой радиус на сверхзвуке?

Как ни странно, даже в отношении самих скоростей самолета существует ряд заблуждений. Одно из них: на сверхзвуке самолет пролетит всего 2 000 км.

Причем, основания для такого заявления выложены на сайте ни много ни мало министерства обороны РФ (по всей видимости некорректно заполнили таблицу).

Однако обратившись к истокам создания самолета, мы можем увидеть следующее.


И все дальнейшее обсуждение происходило вокруг цифр, по масштабу соответствующих упомянутым.

То есть речь идет о том, что самолет пролетит к цели 7 000 км и из них 2 - 2,5 тыс. км в сверхзвуковом режиме.

Сага о 1,5М или какова крейсерская скорость Ту-160?

В обзорных статьях часто встречается скорость в 1,5 М (как и в приведенной таблице на сайте минобороны). Почему именно она?

Почему не 1,3 или 1,7?

Также иногда возникают споры о том, что является крейсерской скоростью для Ту-160, а что нет? Дескать, ну есть значение 1,5. Но вы же знаете, что такое форсаж? Если он его включит, то сожжет все топливо за минуты.

Предлагаю немного посчитать. Я понимаю, что данные расчеты предельно условны, вместе с тем они позволяют приблизительно понять масштабы явлений.

Тяга двигателя безфорсажная – 14.

Тяга на форсаже 25.

Относительное сопротивление при разных скоростях (из расчета, что сопротивление увеличивается квадратично скорости):
1 М=Fs
1,5 M=2,25 Fs
2 M=4 Fs

Соотносим максимальную тягу и максимальную эксплуатационную скорость 2M:
25=4Fs
Fs=6,25
2,25Fs=14

Что «совершенно случайно» соответствует преодолеваемой силе сопротивления на скорости 1,5М, которая так же «абсолютно неожиданно» соответствует пределу бесфорсажного режима работы двигателей.

Совокупность всех факторов дает, на мой взгляд, веские основания полагать, что указанные параметры (7-11 тыс. км с участком 2 тыс. км на сверхзвуке) подразумевают бесфорсажный режим работы двигателей со всеми вытекающими. Причем, в этом случае под сверхзвуком скорее всего подразумеваются те самые 1,5 М.

Из этого следует, что в случае необходимости «лишняя дальность» может быть легко «конвертирована» в скорость сменой режима полета на менее экономичный.

Не стоит также забывать и о том, что скорость может быть получена и за счет запаса топлива.
Это может показаться нелогичным, но в воздухе не так, как на машине. Перегруженный самолет увеличивает угол атаки, что приводит к резкому увеличению лобового сопротивления и перерасходу топлива. И самолет с запасом топлива на 4 тыс. км полетит в любом случае быстрее, чем заправленный на 7 тыс. км. на том же режиме.

Это значит, что в случае, если до рубежа пуска ракет лететь 4 000 км, все это расстояние самолет вполне способен пролететь на 1,5 М.

Бесполезна ли скорость?

Одно из преимуществ стратегов - базирование на аэродромах в глубине территории, что значительно повышает боевую устойчивость (по сравнению с передовыми оперативными аэродромами, которые будут уничтожаться первыми в случае конфликта с применением ракетного вооружения).

Но за такую безопасность приходится расплачиваться - придется преодолевать то же расстояние, что служит «защитой» для аэродрома базирования.

Путем несложных математических преобразований, можно понять, что при прочих равных, при дальности полета в 4 000 км, самолет, летящий со скоростью 1 000 км в час, преодолеет его за 4 часа.

Самолет, летящий со скоростью 1,5 М, сделает это же за 2 часа (с коротким промежутком выхода на форсаж).

Принимая во внимание характер потенциальных целей, эти 2 абстрактных часа превращаются в 2 часа жизни аэродрома, на котором базируются самолеты противника. Кто знает, сколько вылетов будет обеспечено с этого аэродрома за эти 2 часа? Сколько ракет полетят в нашу сторону с взлетевших самолетов?

В случае же повторных вылетов этот показатель еще больше увеличится.

Учитывая это, скорость не может рассматриваться как бесполезная характеристика.

Когда может понадобиться «притопить»?

Помимо очевидных вещей (успеть на «праздник» и быстрее уйти из района) есть и менее очевидные: применение ракетного вооружение и перспективного гиперзвукового, в частности.

Чем отличается наземный и воздушный старт?
С точки зрения физики, ракета, стартующая с земли, должна самостоятельно подняться на высоту полета, параллельно с этим разгоняя себя до нужной скорости.

Стартуя с самолета, полностью исключается вертикальный участок разгона, и ракета уже находится в разреженных слоях атмосферы, где сопротивление движению значительно меньше, к тому же она уже имеет потенциальную энергию и начальную скорость.

Комбинация этих факторов потенциально способна обеспечить значительное преимущество в дальности (хотя на практике это не всегда реализуемо; ведь для того, чтобы скрыться от радаров, ракета должна прижаться к земле).

Однако это преимущество становится более критичным, когда речь заходит о применении перспективных образцов гиперзвукового оружия.

Дело в том, что для гиперзвуковых ракет начальные параметры полета еще более важны, так как их двигатели, аэродинамика и профиль полета (особенно) сильно оптимизированы на сверхзвук. Не случайно в качестве носителей Кинжалов выбраны именно сверхзвуковые Миг-31 (максимальная скорость 2,35М).

В итоге, концепция перспективного самолета ДА будет зависеть в том числе и от успехов стран на ниве развития гиперзвукового оружия. Сочтут ли целесообразным вооружать стратегов такими ракетами - придется делать сверхзвук и увеличивать потолок. С другой стороны, возможно более предпочтительным вариантом окажется оставить гиперзвук на вооружении самолетов поменьше.

Или же поступят иначе: к моменту запуска в серию ПАК ДА, Ту-160 останутся в строю (так же как сейчас Ту-95) и будут носителями гиперзвуковых ракет. А ПАК ДА оптимизируют под иные задачи.

Стоит упомянуть и проект Бурлак, который подразумевал использование Ту-160 в качестве многоразовой первой ступени для вывода на орбиту военных спутников. Сейчас России не до таких перспектив. Но кто знает, как изменится мир через 20-50 лет?

Выводы

Принимая во внимание всю информацию, изложенную выше, можно сделать вывод, что вопрос относительно скорости «идеального» современного «стратега» - это вопрос многофакторный и на него вряд ли может быть дан однозначный ответ (хотя каждый из нас тяготеет к одной точке зрения больше, чем к другой).

Можно построить сверхзвуковой самолет и ни разу не столкнуться с реальной ситуацией, которая критически потребует этого режима (как, например, американцы в случае с Б-2, который один стоит как треть авианосца).

А можно построить «дозвуковой» и даже иметь математическое обоснование (в виде рассчитанной суперкомпьютером вероятности в 80%(, что - не потребуется. Но на деле «вытянуть короткую спичку» и оказаться в ситуации, когда самолеты на 10 минут опоздают в самый решающий момент противостояния.