Начиная с марта 1971 года с военных аэродромов Израиля по тревоге поднимали в воздух до десятка истребителей. Случалось это по нескольку раз за неделю и продолжалось почти год. Израильские летчики безуспешно охотились за неуловимым самолетом, который прилетал со стороны Средиземного моря и двигался то вдоль египетско-израильской границы, то над территорией самого Израиля. Там с помощью средств обнаружения установили, что самолет взлетает с одного и того же военного аэродрома, расположенного вблизи Каира. В те годы эти страны воевали между собой. И появление новой авиационной техники у египтян крайне тревожило израильских военных.
Тепловой барьер самолеты преодолевают на земле
Из истории создания истребителя МиГ-25
Тепловой барьер сверхзвуковых самолетов связан с проблемой перегрева поверхности и компрессора двигателя летательных аппаратов (ЛА) от трения о воздух при сверхзвуковой скорости. С точки зрения науки «материаловедение» тепловой барьер определяется максимальной температурой, при которой прочностные характеристики материала сохраняются неизменными.
Нагрев ЛА до температуры разрушения его конструкции или выхода из строя его оборудования означает, что машина достигла теплового барьера. Тепловой барьер стоит на пути и жизнеобеспечения экипажа. Ведь температура в кабине летчика при сверхзвуковом полете и в условиях отсутствия кондиционера повышается на десятки градусов.
В ходе испытания самолетов на максимальную скорость в 1950-х годах выяснилось, что для ЛА, изготовленных из алюминиевых сплавов, предельно допустимая скорость – 2 М (М – число Маха, равное отношению скорости ЛА к скорости звука). При М больше двух «алюминиевый» самолет начинает деформироваться и разрушаться.
Рассмотрим на примере сверхскоростных истребителей, построенных по принципу максимального уменьшения тепловых перегрузок, как преодолевался тепловой барьер в нашей авиации.
К сверхскоростным истребителям в отечественной авиации относятся МиГ-25, первый полет которого состоялся в 1964 году, и МиГ-31 (1975 год). Специалисты считают, что максимальную скорость МиГ-31 ограничивают не двигатели и топливо, а именно тепловой барьер, так как в его конструкции алюминиевые сплавы применены в большей пропорции чем у «двадцать пятого». Впрочем, МиГ-31 – оружие сегодняшнего дня. Он является носителем гиперзвуковой ракеты «Кинжал», и многое об этом самолете пока неизвестно. Поэтому в аспекте преодоления теплового барьера обратимся к истории МиГ-25.
Внешний вид этого самолета определили требования, предъявленные заказчиками – ВВС и ПВО страны: максимальная высота – не менее 20 км и скорость – не менее 3 000 км/ч. Требование по скорости предопределило, что для изготовления самолета необходимо использовать сталь или титан.
По открытым данным МиГ-25 построили из нержавеющей стали – 80%, алюминия – 11% и титана – 9%. Носовая часть фюзеляжа и передняя кромка крыла были изготовлены из титана. Другие части МиГ-25 – из высокопрочной нержавеющей стали ВНС-2, ВНС-3 и ВНС-5 с помощью автоматической сварки. Сварка была технологической новостью в авиастроении, так как до этого применялась клепка, если не считать уже подзабытые к тому времени скоростные самолеты авиаконструктора Р.Л.Бартини «Сталь-6» и «Сталь-8» первой половины 1930-х годов.
Институт электросварки, руководимый академиком Е. О. Патоном, разработал для производства МиГ-25 уникальные технологии точечной и дуговой сварки, обеспечившие необходимую прочность и герметичность конструкции. Фюзеляж сваривался автоматически во вращающемся стапеле. Такой технологический трюк потребовался из-за невозможности варить аргоном «на потолке» из-за течи жидкого металла. После сварки из стенда вынимался готовый фюзеляж, представляющий собой огромный топливный бак. Далее к нему присоединялись консоли крыла, хвостовое оперение и другие элементы конструкции. Для теплоизоляции двигателя изготавливались посеребренные стальные экраны. На каждый самолет для серебрения уходило пять килограммов чистого серебра.
При сборке изделия использовались жаропрочные пластики и герметики. Было разработано также термостабильное топливо, свойства которого не изменялись при нагреве.
Воздухозаборники МиГ-25 оборудовали подвижными клиньями, регулировавшими поступление воздуха в двигатель в зависимости от режима полета. На самолет установили два высотных двигателя «Р-15Б-300» разработки конструкторского бюро С. К. Туманского. Силовая установка МиГ-25 имела выходное устройство в виде трехпозиционных сопел.
Важным обстоятельством при создании МиГ-25 являлось то, что руководство проекта было компетентно и в технической и организационно-управленческой области. Генеральный авиаконструктор Артем Иванович Микоян существенно расширил кооперацию между предприятиями при создании МиГ-25. В этом большую помощь оказал машиностроительный завод в городе Дубне, на котором делался целый ряд элементов и для КБ Микояна, и для первых серийных машин.
Перед первым полетом самолет оборудовали множеством датчиков. Поэтому, когда на нем взлетел летчик-испытатель А. В. Федотов, инженеры стали телеметрировать работу всех систем и агрегатов самолета.
Между тем, в тот день (6 марта) был небольшой мороз – минус 12 градусов. Практически сразу после взлета было зафиксировано, что топливные насосы не работают. Федотову приказали немедленно идти на посадку, и он успел посадить самолет до остановки двигателей. Как потом выяснилось, перед полетом в топливо не добавили ионол, рассчитывая на то, что керосин теплый и не успеет остыть. Однако получилось так, что вода, всегда присутствующая в керосине, замерзла, и топливные фильтры начали забиваться льдом. Так авиация еще раз продемонстрировала, что в ней нет мелочей.
Вторая мелочь вскрылась после нескольких успешных полетов «мига» на скорость 2,6 М. На стоянке заметили, что с поверхностей МиГ-25 почти исчезли звезды. Если смотреть на это не с точки зрения безопасности полетов, а в аспекте государственной принадлежности, то здесь тоже не мелочь. Через две недели была изготовлена термостойкая красная краска.
В варианте перехватчика на МиГ-25 установили мощную радиолокационную станцию, но она также потребовала охлаждения. С этой целью авиаконструкторами было решено использовать водно-спиртовую смесь, которая заправлялась в емкость объемом 240 литров.
В кабине устанавливался кондиционер. Она во время полета активно вентилировалась, но все равно к фонарю из термостойкого (!) стекла вследствие его сильного разогрева прикоснуться голой рукой было нельзя из-за неминуемого ожога. В инструкции об этом потом специально было оговорено.
Авиационный историк В. Н. Бычков писал: «В 1969 году на Горьковском авиазаводе (в Нижнем Новгороде) начался серийный выпуск МиГ-25. Этот самолет совершил техническую революцию в металлургии, технологии обработки материалов, радиоэлектронике и авиадвигателестроении. Он был цельносварным из жаропрочных материалов, двухкилевой схемы, с боковыми плоскими воздухозаборниками».
В ходе Арабо-Израильской войны единственной защитой самолетов-разведчиков МиГ-25Р была их максимальная скорость и высота от 17 до 23 км. Взлетев, самолет уже через три-четыре минуты разгонялся до скорости 2,5 М. Каждую минуту двигатели МиГ-25 потребляли полтонны керосина, самолет становился легче и мог разогнаться уже до 2,8 М. Температура воздуха у компрессоров поднималась до 320 градусов, а обшивка планера грелась до температуры 303 градуса. Позже, оправдывая беспомощность в поражении неизвестных самолетов, представители ПВО Израиля утверждали, «воздушный объект» достигал скорости 3,2 М. Ни самолет, ни даже ракета «Хок» его догнать не могли.
31 августа 1977 года летчик-испытатель Н. Казарян выполнил на МиГ-25 ряд полетов со скоростью 3 500 км/ч. Каких-либо следов теплового барьера обнаружить инженерам не удалось. Это означало: МиГ-25 тепловой барьер преодолел.
В разное время на МиГ-25 было установлено около 40 мировых рекордов! Некоторые из них до сих пор остаются непревзойдёнными! Например, абсолютный рекорд высоты для самолетов 37 650 метров, установленный А. В. Федотовым.
