Истребители пятого поколения

Федеральное агентство по образованию ГОУ  ВПО

Уфимский  государственный авиационный технический  университет 

Кафедра авиационных

двигателей 
 

Реферат

На тему

«Истребители  пятого поколения» 
 
 

Выполнил:

студент группы ПАД-101

Рахматуллин Р.Р.

Проверил:

Доктор  технических наук

Каменев Сергей Иванович 
 
 
 
 

Уфа-2011

Введение

     Деление истребителей на поколения весьма условно: зачастую в одном самолете могут  сочетаться свойства и сегодняшних  машин, и перспективных. И все  же.

     К 1-му поколению, как правило, относят  дозвуковые реактивные самолеты, появившиеся  после Второй мировой и имевшие в основном пушечное вооружение. Самые яркие - МиГ-15 и МиГ-17.

     2-е  поколение - сверхзвуковые истребители  с ракетным вооружением: МиГ-19, МиГ-21.

     3-е  поколение - самолеты, имевшие более  мощные двигатели, усовершенствованные  радары, иногда - изменяемую геометрию  крыла. В СССР это МиГ-23 и  МиГ-27, а в США - F-4 "Фантом".

     4-е  поколение - машины, имеющие новое  бортовое оборудование, мощные радары, широкий набор вооружения - от 30-мм  пушек до управляемых ракет  и корректируемых авиабомб. В  СССР это МиГ-29 и Су-27, на Западе - F-15, F-16, "Мираж" 2000, "Гриппен".

     Развитие 4-го поколения шло стремительно, на базе "старых" МиГов и Су появились истребители, вплотную приближающиеся к 5-му поколению: МиГ-29СМТ, МиГ-35, Су-35. Их отличия - сверхманевренность за счет установки двигателей с отклоняемым  вектором тяги, радары с фазированными  антенными решетками, многофункциональность, замена стрелочных приборов компьютерными  дисплеями и другие новшества.

     Идея  создать истребитель XXI века родилась в СССР и США одновременно. Работы начались в конце 80-х.  
 
 
 
 
 
 

Требования  к истребителю  пятого поколения

     Новые самолёты должны были иметь значительно  более высокий боевой потенциал, чем их предшественники.

Основные характеристики истребителей пятого поколения:

• кардинальное уменьшение заметности самолёта в радиолокационном и инфракрасном диапазонах в сочетании с переходом бортовых датчиков на пассивные методы получения информации, а также на режимы повышенной скрытности;
• многофункциональность, то есть высокая боевая эффективность при поражении воздушных, наземных, надводных и подводных целей;
• наличие круговой информационной системы;
• полет на сверхзвуковых скоростях без использования форсажа;
• способность осуществлять всеракурсный обстрел целей в ближнем воздушном бою, а также вести многоканальную ракетную стрельбу при ведении боя на большой дальности;
• автоматизация управления бортовыми информационными системами и системами помех;
• повышенная боевая автономность за счет установки в кабине одноместного самолёта индикатора тактической обстановки с возможностью микширования информации (то есть одновременного вывода и взаимного наложения в едином масштабе «картинок» от различных датчиков), а также использования систем телекодового обмена информацией с внешними источниками;
• аэродинамика и бортовые системы должны обеспечивать возможность изменения угловой ориентации и траектории движения самолёта без сколько-нибудь ощутимых запаздываний, не требуя при этом строгой координации и согласования движений управляющих органов;
• самолёт должен «прощать» грубые погрешности пилотирования в широком диапазоне условий полета;
• самолёт должен быть оснащён автоматизированной системой управления на уровне решения тактических задач, имеющей экспертный режим «в помощь летчику».

   Истребитель пятого поколения должен быть также  максимально многофункциональным. Как известно, ещё со времен Первой  мировой истребители занимались не только уничтожением воздушных целей: они расстреливали цели на земле, сбрасывали бомбы, во Второй мировой использовались для атак на вражеские корабли и подводные лодки. Но далеко не каждый самолет мог выполнять все эти задачи, поэтому в XX веке истребители часто были специализированными: перехватчики, ударные истребители, штурмовики… Такая узкая специализация себя не оправдала.

   Обеспечить  универсальность призваны высокоточное оружие вкупе с различными системами наблюдения и управления. Пожалуй, их создание было одной из самых сложных задач. Автоматика должна «вести» сразу несколько целей и летящих к ним ракет. В эту минуту другое оборудование следит за безопасностью самолета — наблюдая за небом и землей и держа наготове целый комплекс защитных систем. Тут же работает навигационная система, а вдобавок поступает информация тактического характера о местонахождении важных целей и вообще о том, как идет война за бортом кабины пилота. Не забудем и об информации о состоянии узлов самолета.

   Без мощного бортового компьютера с такой задачей не справиться, но большинство окончательных решений принимает все же человек, и для этого ему приходится контролировать огромный поток информации, поступающей ему в аудиовизуальном виде. Поток настолько велик, что одним дисплеем теперь уже не обойтись, даже если проецировать «картинку» на лобовое стекло или забрало шлема. Возникла проблема «сжатия» изображения, накладывания одних картинок на другие.

   Скорость, с которой человеческий мозг может воспринимать и перерабатывать такую информацию, имеет свой предел, который станет основным препятствием на пути дальнейшего развития боевых самолетов. И над решением этой проблемы уже задумываются те, кто уже сегодня пытается представить себе, какими будут самолеты следующего, шестого поколения.

   Ещё одно требование к машинам XXI века — они должны быть минимально видимы на радарах. Эту проблему в основном разрешили с помощью специальных покрытий и метаматериалов.

   Первые  подобные покрытия разрабатывались  ещё в Третьем Рейхе — для защиты рубок подводных лодок, которые обнаруживали локаторы боевых кораблей союзников. Затем системы радиолокационного обнаружения усовершенствовались, и о «невидимости» на какое-то время забыли — пока США не создало свою программу «Стелс». Однако американцы делали основной упор на «обтекаемую» форму самолета — что сильно снижало их летные качества. Машины, добивающиеся «невидимости» благодаря специальной форме корпуса (как F-117 и В-2), не могут производить сложные воздушные маневры — они и так не слишком устойчивы в полете. К тому же, такие самолеты в любом случае имеют большое эффективное сечение в вертикальных аспектах — когда смотришь на самолет сверху или снизу.

   Поэтому угловатые, похожие на НЛО «стелсы» уже перестали быть техническим чудом — добиться нужного результата оказалось куда эффективней с помощью покрытий. Добавим — напылить на самолет специальный слой будет и дешевле, чем создавать самолеты причудливых форм.

   Это покрытие представляет собой микроскопические петли проводника, поглощающие микроволновое излучение радиолокаторов ближнего действия. Такое покрытие создается с помощью нанотехнологий, однако главная проблема не в них самих, а в том, как их «приклеить» к обшивке самолета, чтобы они держались в условия полета реактивного истребителя со сверхзвуковой скоростью. А это ещё один аргумент в пользу снижения его скорости.

   Истребители пятого поколения становятся почти  невидимыми для локаторов ПВО  и самолетов противника — хотя и заметны для РЛС дальнего обнаружения, работающих в метровом диапазоне. В этом отношении «стелсы» были менее заметны для последних — однако легко обнаруживались космическими спутниками. Но В-2 является стратегическим межконтинентальным бомбардировщиком, который нужно засекать за тысячи километров, а истребители пятого поколения стартуют за сотни и десятки километров от цели. Поэтому для них необходима «шапка-невидимка», прячущая их именно от локаторов ближнего действия.

   Такое покрытие из метаматериалов будет наноситься и на модернизированные самолеты предыдущих поколений, в частности, на российские МиГ-29 и Су-27.

   Кроме того, современные самолеты оснащены и активными постановщиками помех, которые частично ослепляют локаторы противника и вообще вносят хаос в работу всех радиоприборов. Частичное представление об их работе могут дать свидетельства очевидцев воздушных атак в последней грузино-осетинской войне: сначала в гостинице на экранах телевизоров появился «белый шум», потом перестали работать мобильные телефоны, а через несколько секунд в воздухе раздался шум пролетающих боевых самолетов. 
 
 
 
 
 

   Российские  самолеты

     МиГ с начала 1980-х годов готовило проект, известный как «1.44». Первый полёт «1.44» (также иногда называют МФИ) состоялся 29 февраля 2000 года на аэродроме в ЛИИ им. М. М. Громова в Жуковском. Самолёт пилотировал лётчик-испытатель Герой России В. Горбунов. По словам лётчика, «полёт, которого мы все так ждали, прошел на удивление буднично. Машина вела себя послушно, хотя очевидно, что по своим пилотажным качествам это принципиально новый самолёт. Так что вся работа еще впереди». 27 апреля 2000 г. «1.44» совершил второй 22-минутный испытательный полёт. В полёте был проверен ряд испытаний самолётных и двигательных систем, кроме того, в отличие от первого полёта на истребителе выпускалось и убиралось шасси. Из-за недостаточного финансирования в 1990-е годы технологии, применяемые на новом истребителе, стали устаревать и все больше уступать американским. Под действием экономических, политических и других факторов программа была закрыта.

   Миг 1.44

     На  данный момент выполнением проекта  нового истребителя пятого поколения  занимается ОКБ Сухого, проект имеет  полное название «Перспективный авиационный комплекс фронтовой авиации» (ПАК ФА), его платформа получила название «Т-50». Первый полёт новый истребитель совершил 29 января 2010 года на Дальнем Востоке, где расположено предприятие-производитель — КнААПО. Опытный образец провёл в воздухе 47 минут и совершил посадку на взлётно-посадочной полосе заводского аэродрома, сообщила пресс-служба «Сухого». Истребитель пилотировал заслуженный лётчик-испытатель РФ Сергей Богдан. Всего в КнААПО было выполнено 6 полётов, после чего истребитель был транспортирован в ЛИИ им.Громова, где было выполнено еще 2 испытательных полёта. Длительные задержки между каждым испытательным полётом можно объяснить тем, что в лётных испытаниях на начальном этапе участвовала только одна машина. 3 марта 2011 года к первому лётному образцу (б/н 51) присоединился второй лётный экземпляр (б/н 52), имеющий некоторые доработки относительно первого прототипа. Полёт продолжался 44 минуты, пилотировал самолёт Сергей Богдан. 14 марта 2011 г. в ходе испытаний самолёт впервые преодолел звуковой барьер. 3 ноября 2011 г. состоялся сотый полёт по программе испытаний. 22 ноября 2011 г. в Комосмольске-на-Амуре первый полёт совершил третий самолёт Т-50. Всего перед началом серийного производства планируется выполнить не менее 2000 испытательных полётов.

     Премьер-министр  Владимир Путин в начале 2010 года заявил, что установочная партия авиационного комплекса пятого поколения должна быть поставлена министерству обороны  в 2013 году, а с 2015 года должны начаться серийные закупки.

     17 июня 2010 года премьер РФ Владимир Путин после наблюдения за ходом испытаний самолёта заявил, что «на первом этапе создания самолёта было потрачено 30 миллиардов рублей, ещё столько же требуется для завершения проекта». Он пояснил, что затем начнётся модернизация двигателя, вооружения и так далее. При этом, по словам Путина, самолёт будет в 2,5-3 раза дешевле зарубежных аналогов.

     Но  большая часть информации о ПАК ФА является секретной. По этой причине известны лишь приблизительные характеристики самолёта. По размаху крыла и длине Т-50 больше F-22 и примерно равен Су-27. По массе — относится к тяжелому классу истребителей, аналогично Су-27. Самолёт полностью отвечает всем требованиям к истребителям пятого поколения: простой и дешёвый в обслуживании, развивает сверхзвуковую скорость без использования форсажа, способен маневрировать с большими перегрузками, оснащен передовой электроникой, малозаметный и многофункциональный.

     На  данный момент можно судить только об облике первых экземпляров, предназначенных  для исследования прочностных и  летных характеристик конструкции. На них отсутствуют многие системы  серийных самолетов. Полный комплекс бортового  оборудования будет устанавливаться начиная с третьего летного экземпляра. Поэтому облик серийной машины по-прежнему неизвестен.

     На  прототипе Т-50, а также на первых серийных образцах, которые должны поступить на вооружение российских ВВС в 2015 году, установлены двигатели первого этапа — «АЛ-41Ф1» (Изделие 117). Это авиационный турбореактивный двухконтурный двигатель с форсажной камерой и управляемым вектором тяги, созданный НПО «Сатурн» по заказу ОКБ «Сухого», удовлетворяющий всем требованиям к двигателю для истребителя пятого поколения, в том числе позволяет развивать сверхзвуковую скорость без использования форсажа, а также имеет полностью цифровую систему управления и плазменную систему зажигания. Двигатель второго этапа будет разработан в течение 10—12 лет с даты начала тендера Минобороны РФ, в котором будут участвовать ОДК и «Салют».

     По  словам управляющего директора НПО «Сатурн» Ильи Фёдорова, на прототипе ПАК ФА установлен «новейший двигатель, а не усовершенствованный аналог силовой установки для Су-35С, как писали некоторые СМИ и говорили некоторые «специалисты». Он отвечает всем требованиям, которые были предъявлены нам компанией «Сухой».

     От  двигателя для Су-35С (Изделие 117С) его отличает повышенная сила тяги, сложная система автоматизации, полностью цифровая система управления, новая турбина и улучшенные расходные характеристики. Сейчас отдельные его узлы и агрегаты совершенствуются и проходят испытания.

     Т-50 «ПАК ФА»

Американские  самолеты

     В 1980-е годы ВВС СШАобъявили конкурс на создание самолёта ATF (Advanced Tactical Fighter), призванного заменить F-15. На первом этапе были отобраны фирмы Локхид и Нортроп, которые построили по два экземпляра предложенных ими самолётов — Локхид YF-22 и Нортроп YF-23. При этом один экземпляр каждой машины был оснащён двигателями Дженерал Электрик YF120, а другой — Пратт-Уитни YF119. Оба самолёта впервые поднялись в воздух в 1990 году. По итогам испытаний ВВС США в апреле 1991 года объявили о победе в конкурсе YF-22 с двигателями Пратт-Уитни.

     F-22 стал первым в мире истребителем пятого поколения, поступившим на вооружение. Единственным эксплуатантом нового самолета стали Военно-воздушные силы США.

     По  своим маневренным характеристикам  F-22 превосходит все существующие истребители во всем диапазоне высот и скоростей полета. Аэродинамика машины в сочетании с высокой тягой двигателей, мощной САУ и управляемым вектором тяги обеспечивает F-22 отличные маневренность и управляемость на всех режимах полета. В частности, машина демонстрировала установившийся полет с углом атаки до 60^о.

     Сравнение с F-16 показывает, что Raptor превосходит его во всем диапазоне высот и скоростей полета, причем даже без использования форсажного режима работы двигателей. Только в одной области характеристики F-16 с включенным форсажем приближается к F-22, что, однако, легко сводится на «нет» включением форсажа пилотом Raptor.

     Можно сказать, что в настоящее время  хорошо подготовленный пилот F-22 будет иметь преимущество над любым противником. Хотя при сравнении с модернизированными самолетами семейства Су-27, в частности Су-35, преимущества американской машины не столь очевидны. Во-первых, против десяти УР Р-77 российского истребителя F-22 несет только шесть ракет AMRAAM. Отсутствует на американском самолете и оптико-локационная станция, работающая в ИК-диапазоне, а наличие пассивного средства обнаружения воздушных целей дает летчику дополнительные преимущества. При ведении ближнего маневренного воздушного боя пилот российского истребителя будет иметь преимущества ещё и благодаря наличию нашлемной системы целеуказания (НСЦ) и ракет малой дальности с большим углом поля зрения ГСН и высокой маневренностью. Частично это преимущество может быть устранено принятием на вооружение УР AIM-9X с управляемым вектором тяги, но НСЦ летчики F-22 получат нескоро, если получат вообще. Да и российский истребитель пятого поколения Т-50 уже встал на крыло.

     На  авиабазе Элмендорф, как оказалось, суровые климатические условия оказывают негативное влияние на работоспособность стелс-покрытия самолетов, что требуют более объемного техобслуживания.

     На  самолете установлены два двухвальных двухконтурных турбореактивных форсированных двигателя F119 компании «Part & Whitney», имеющих тягу 15 575 кН и массу 1700 кг каждый. По сравнению с другими двигателями, устанавливаемыми на самолеты ВВС США, он обладает повышенной надежностью, ремонтопригодностью и простотой в обслуживании. Двигатели оснащены плоскими соплами с неподвижными боковыми стенками и подвижными верхними и нижними панелями, предназначенными для регулирования площади поперечного сечения сопла и отклонения вектора тяги по тангажу на угол от +20^о до -20^о.

     Кабина  пилота является, пожалуй, наиболее комфортной среди всех истребителей, когда-либо имевшихся в распоряжении ВВС  США. Следует отметить, что для  летчиков этих машин практически  не существует ограничений по росту (за исключением очень низких или  очень высоких). Беспереплетный фонарь, состоящий из двух слоев прозрачного поликарбоната с радиорассеивающим напылением, в сочетании с формами планера обеспечивает хороший обзор. Развесовка фонаря выполнена так, чтобы опеспечить его гарантированное отделение при катапультировании.

     В июне 2009 года начат этап 3.1(Increment 3.1) модернизации F-22A, в рамках которого самолет получит больше возможностей по атаке наземных целей, в том числе с использованием бомб GBU-39 SDB. Так же планируется повысить возможности по наведению РЭБ и обеспечить возможность применения режима картографирования в бортовой РЛС с синтезированной апертурой луча.

     По  состоянию на август 2009 года ВВС  США получили около 145 самолетов, из них два потеряны в ходе различных  инцидентов. Заказчик должен получить ещё 42 самолета. Таким образом парк Raptor станет самым малочисленным из всех истребителей, находившихся когда-либо на вооружении ВВС США.

     Многие  эксперты склонны рассматривать  F-22A как последний пилотируемый истребитель – на смену ему, вероятно, придет уже беспилотный боевой авиационный комплекс.

     Американцам в F-22 все требования к 5-му поколению  удалось реализовать почти полностью. Но какой ценой! Стоимость проекта  обошлась военному бюджету США в 65 млрд долл. Первоначальная стоимость одного истребителя равнялась 140 млн долл., а летный час обходился в 44 тысячи. В процессе совершенствования F-22 и улучшения его характеристик стоимость самолета приблизилась к 350 млн. Такая прожорливость смутила даже Пентагон. От дальнейших закупок самого лучшего (по версии США) и дорогого в мире истребителя ВВС отказались. Сегодня выпуск F-22 прекращен.

F-22A Raptor 
 
 
 
 
 
 

Самолеты  других стран

     Индия проводит совместную с Россией разработку модернизированного истребителя пятого поколения, для обеих стран. Бортовые дисплеи и другую электронику  проектирует Индия, а остальную  часть самолёта — Россия.

     Китай работает, по некоторым данным, над  двумя проектами истребителя  пятого поколения. По данным американского  центра воздушной и космической  разведки (NASIC), Китай может поставить  на вооружение свой истребитель пятого поколения уже в 2018 году. В конце 2010 года в интернете появились  первые фото Shenyang J-20. Этот самолёт впервые поднялся в воздух 11 января 2011 года.

     Shenyang J-20

     Вскоре  после первого полета J-20 Южная  Корея заявила о реализации программы  создания собственного малозаметного  истребителя KF-X, который будет создан совместно с Индонезией. Как ожидается, южнокорейский самолет KF-X поколения "4++" с технологией малозаметности будет принят на вооружение после 2020 года.

     Требования  европейских стран к новым  истребителям привели к созданию трех самолетов, получивших собирательное  название Euro-canards (евроутки): Eurofighter Typhoon, Dassault Rafale и Saab Gripen. На всех трех машинах используется современная авионика, обеспечившая, вкупе с последними достижениями аэродинамики, резкий рост их летных характеристик.

     Пилоты  Typhoon и Rafale могут также использовать для решения ряда задач систему прямого речевого управления DVI – Direct Voice Input. Хотя система DVI может показаться не очень нужным рекламным трюком, она позволяет снизить рабочую нагрузку на пилота современного многоцелевого самолета, и, кроме того, обеспечивает определенное тактическое преимущество. Пилоту не нужно отвлекаться на манипулирование кнопками в кабине. Например, он может узнать о запасе топлива на борту или сменить рабочую частоту радиостанции в тот момент, когда оглядывается назад для обзора задней полусферы или даже ведет воздушный бой. В сложном групповом бою командир группы может голосом распределить цели для своих ведомых, пока самолеты выходят на рубеж ракетной атаки. На других истребителях командиру пришлось бы положиться или на систему вооружения своего самолета, автоматически распределяющую цели, или нажать около 30 кнопок, потеряв время и тактическое преимущество. Появление Euro-canards произвело должный эффект на рынке истребителей. Оборудование самолетов предыдущих поколений, таких как F-16 и F/A-18, было доработано подобным образом, чтобы сохранить коммерческую привлекательность американских машин. Созданный в Китае истребитель Shengdu J-10 разрабатывался не без оглядки на Euro-canards, а используемые при их создании передовые технологии нашли применение на индийском легком боевом самолете ADA Tejas.

     Eurofighter Typhoon

     Ещё одним базовым требованием, реализованным  при создании Typhoon, Rafale и Gripen, была необходимость снижения нагрузки на пилота при одновременном усложнении бортовых систем по сравнению с предшествующим поколением истребителей. Ответ был найден в сведении информации от множества источников на одном дисплее тактической обстановки. Обработанные данные предоставляются пилоту в четком и ясном виде на большом цветном многофункциональном дисплее, а управление многими бортовыми системами полностью автоматизировано. Большинство действий по управлению машиной пилот может осуществлять, не снимая рук с органов управления, - эта технология известна на Западе как HOTAS (hands-on-throttle-and-stick control) или 3М – во Франции.

     В Японии в 2004 году было принято решение  о создании собственного истребителя  пятого поколения ATD-X Shinshin, построенного с применением технологии малозаметности. В 2006 году этот проект получил статус перспективной разработки, которая по завершении может быть принята на вооружение. Разработкой Shinshin занимается японская компания Mitsubishi.

     Как ожидается, в Shinshin будет использовано несколько технологий малозаметности, включая рассеивающую геометрическую форму, радиопоглощающие материалы и широкое применение композитов. В перспективном истребителе будет реализована технология оптико-волоконной системы дистанционного управления с многократным дублированием каналов обмена данными. Такое решение позволит сохранить управление самолетом в случае повреждения одной из подсистем, а также в условиях радиоэлектронного подавления. В середине 2000-х годов сообщалось, что в ATD-X планируется реализовать технологию самовосстановления управления полетом (SRFCC, Self Repairing Flight Control Capability). Это означает, что бортовой компьютер истребителя будет автоматически определять полученные повреждения и перенастраивать работу системы управления полетом за счет включения в цепь резервных исправных подсистем. Кроме того, предполагается, что компьютер также будет определять степень повреждения различных элементов конструкции самолета - элероны, рули высоты, рули направления, поверхность крыльев - и корректировать работу оставшихся целых элементов, чтобы практически полностью восстановить управляемость истребителем.

     В апреле 2010 года правительство Японии объявило тендер на поставку реактивных двигателей для прототипов ATD-X Shinshin. Согласно требованиям, реактивные двигатели должны обладать тягой в 44-89 килоньютонов в бесфорсажном режиме. Силовые установки планируется доработать для установки на них системы всеракурсного управления вектором тяги, который, планируется реализовать не при помощи подвижного сопла, а при помощи трех широких пластин. Такая технология была впервые реализована в США в 1990 году на самолете Rockwell X-31. Импортные двигатели будут использованы только для испытания прототипов, а серийные истребители получат двигатели XF5-1 разработки японской компании Ishikawajima-Harima Heavy Industries.

     8 марта 2011 года генерал-лейтенант  Хидеюки Есиоки, руководитель отдела развития перспективных систем ВВС самообороны министерства обороны Японии, заявил, что испытания первого прототипа ATD-X запланированы на 2014 год. По оценке западных экспертов, в случае, если Япония не откажется от реализации программы Shinshin, новый самолет сможет поступить в войска в 2018-2020 году.