Тепловой барьер самолеты преодолевают на земле

Из истории создания истребителя МиГ-25
Тепловой барьер самолетов связан с проблемой перегрева поверхности и компрессора двигателя летательных аппаратов (ЛА) от трения о воздух при сверхзвуковой скорости. С точки зрения материаловедения 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 — 2М (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 — это 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.
На внешний вид этого самолета повлияли требования, предъявленные заказчиками — ВВС и ПВО страны: максимальная высота не менее 20 км и скорость не менее 3000 км/ч. Требование по скорости предопределило, что для изготовления самолета необходимо использовать сталь или титан.
По открытым данным, МиГ-25 построили на 80 % из нержавеющей стали, алюминия в конструкции 11 %, титана – 9 %. Носовая часть фюзеляжа и передняя кромка крыла были изготовлены из титана. Другие части МиГ-25 выполнены из высокопрочной нержавеющей стали марок 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 Евгением Оскаровичем 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» по причине 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 уходило пять килограммов чистого серебра.
На самолет установили два высотных турбореактивных двигателя Р-15Б-300 разработки конструкторского бюро С. К. Туманского.
При сборке изделия использовались жаропрочные пластики и герметики. Было разработано также термостабильное топливо (керосин), свойства которого не изменялись при нагреве.
Воздухозаборники МиГ-25 оборудовали подвижными клиньями, регулировавшими поступление воздуха в двигатель в зависимости от режима полета.
Важным обстоятельством при создании истребителя-перехватчика МиГ-25 являлось то, что руководство проекта было компетентно и в технической, и в 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.
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 скорости 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, которая 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 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-израильского конфликта 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, что «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 3500 км/ч. Каких-либо следов теплового барьера обнаружить инженерам не удалось. Это означало, что МиГ-25 тепловой барьер преодолел.
В разное время на МиГ-25 было установлено около 40 мировых рекордов, некоторые из них до сих пор остаются непревзойденными. Например, абсолютный рекорд высоты для самолетов 37 650 метров, установленный летчиком-испытателем Александром Васильевичем Федотовым.
Летала на МиГ-25 и летчик-испытатель, летчик-космонавт, дважды Герой Советского Союза Светлана Евгеньевна Савицкая. На учебно-боевом МиГ-25ПУ Савицкая установила четыре женских рекорда высоты и скорости полета, включая женский мировой рекорд скорости 2683,44 км/ч, установленный 22 июня 1975 года. Самолет тогда был заpегистpиpован в ФАИ под индексом Е-133. Заметим, что Светлана Савицкая стала летчицей в Калужском авиационном летно-техническом училище ДОСААФ.
Сергей Елисеев.