На протяжении всей истории военной авиации скорость, маневр и огонь являлись ключевыми факторами, определяющими боевую эффективность истребителя. Находясь в тесной взаимосвязи, они оказывали решающее влияние на основные направления развития боевой авиационной техники. В то же время на каждом очередном этапе эволюции истребителя при формировании тактико-технических требований, проектировании и освоении новых авиационных комплексов, а также при разработке тактики воздушного боя и удара по наземным объектам решались задачи поиска оптимального соотношения между требованиями повышения скорости, маневренности и мощности авиационного вооружения.
При создании реактивных истребителей второго и третьего поколений — МиГ-21, МиГ-23, Су-15, F-4, «Мираж» III, «Мираж» F.1 и других — основное внимание уделялось улучшению скоростных и высотных характеристик машин, а также эффективности ракетного вооружения. Однако опыт Вьетнама и других вооруженных конфликтов 60-70-х гг. продемонстрировал опасность пренебрежения маневренностью: ближний воздушный бой по-прежнему оставался основной формой «выяснения отношений» между истребителями. В результате ведущим авиационным странам мира пришлось модернизировать существующие типы самолетов в направлении повышения их маневренных характеристик, результатом чего явилось появление таких истребителей, как F-4E, МиГ-21бис, МиГ-23МЛ, «Кфир» и других. Одновременно были развернуты работы по созданию самолетов четвертого поколения (Су-27, МиГ-29, F-15, F-16 и т.д.), основным отличием которых от предшественников явилось резкое увеличение маневренности при сохранении прежних скоростных и высотных характеристик и «эволюционном» усовершенствовании вооружения. Рост маневренности достигался как применением двигателей нового поколения, обеспечивающих возможность получения тяговооруженности более единицы, так и успехами аэродинамики, позволившими значительно увеличить несущие свойства самолета при достаточно малом приращении сопротивления.
Аналитические исследования с широким использованием математического моделирования, выполненные в 70-80-х гг. германскими (фирма МВВ), а несколько позже — американскими специалистами, позволили сделать вывод о том, что к началу XXI века характер воздушного боя между истребителями претерпит новые значительные изменения.
Совершенствование ракетного вооружения и БРЛС приведет к относительному увеличению числа результативных воздушных боев на больших и средних дистанциях. При этом от истребителя потребуется способность маневрировать на сверхзвуковой скорости для уклонения от ракет противника. Если на дальности, превышающей дальность прямой видимости, не будут достигнуты решительные результаты, воздушный бой с большой степенью вероятности перейдет в фазу с использованием УР малой дальности и пушек.
Ожидаемые изменения характера ближнего маневренного боя западными специалистами связывались с появлением всеракурсных ракет с усовершенствованными тепловыми головками самонаведения, позволяющих атаковать противника в передней полусфере на встречных курсах. Моделирование, проведенное в США с использованием программ PACAM, TAC BRAWLER, CATEM, MULTAC, а также в Германии (программа SILCA) показало, что использование новых ракет и пушек в сочетании с независимым управлением ориентацией фюзеляжа и вектором скорости истребителя приведут к тому, что в ближнем воздушном бою будут преобладать лобовые атаки. Для выживания в подобных условиях от самолета потребуется способность к выполнению интенсивных маневров на неустановившихся режимах. При этом уменьшится время действия высоких перегрузок и пространственный размах маневрирования, в то же время возрастут скорости относительного перемещения самолетов, и уменьшится располагаемое время применения оружия.
Особое значение для истребителя приобретет способность на короткое время нацеливать фюзеляж независимо от направления полета, особенно в плоскости тангажа. Во многих случаях такое нацеливание будет связано с выходом на закритические углы атаки.
Таким образом, по взглядам, сложившимся на Западе в середине 80-х гг., истребитель пятого поколения должен был иметь высокие характеристики в двух сильно различающихся полетных областях. При ведении боя на «вневизуальной» дальности особое значение приобретало увеличение сверхзвуковой скорости маневрирования на установившихся режимах, а в ближнем маневренном воздушном бою — увеличение маневренности, обусловленное запасом тяговооруженности самолета.
Одной из основных характеристик, влияющих на исход ближнего воздушного боя, является радиус разворота летательного аппарата. При существующих ограничениях по удельной нагрузке на крыло минимальный радиус разворота лучших истребителей четвертого поколения равняется примерно 500 м.
Дальнейшее значительное уменьшение этого параметра (примерно в два-три раза) может быть достигнуто только при выходе самолета на закритические углы атаки, значительно превышающие углы атаки, соответствующие Cymax. Проведенные американскими специалистами крупномасштабные аналитические исследования с компьютерным моделированием показали, что такой «сверхманевренный» истребитель имел бы значительное превосходство над самолетами, маневрирующими в традиционной области полетных режимов. Для практической проверки этой концепции США совместно с Германией был построен экспериментальный самолет Рокуэлл/МВВ Х-31 с системой управления вектором тяги двигателя (УВТ).
Частично данная концепция была реализована и при создании истребителя пятого поколения Локхид-Мартин F-22 «Рэптор» (также оснащенного системой УВТ), у которого некоторое повышение маневренных характеристик на сверхзвуковой и дозвуковой скоростях сочетается со сверхзвуковой крейсерской скоростью и существенным снижением радиолокационной заметности. Следует отметить, что термин «сверхманевренность» был введен на Западе во второй половине 80-х гг. и имел весьма произвольное толкование, сводящееся в основном к способности самолета сохранять устойчивость и управляемость на закритических углах атаки.
В основе современной концепции истребителя пятого поколения, заявленной на многих авиационных выставках и показах, также лежат принципы кардинального улучшения маневренности в воздушном бою в сочетании с резким снижением радиолокационной и тепловой заметности.
Практическая реализация этой концепции стала возможной благодаря ряду принципиальных научно-технических достижений в областях аэродинамики, двигателестроения, радиоэлектроники и др. Новые аэродинамические схемы и компоновки летательных аппаратов, появление возможности непосредственного управления боковой и подъемной силами, вектором тяги двигателя, а также создание систем управления, которые уже не корректируют, а формируют летательный аппарат как объект управления, обеспечили истребителю пятого поколения значительно более высокий уровень подвижности — «сверхманевренность». Отечественные специалисты под этим термином понимают совокупность таких свойств летательного аппарата, как возможность раздельного управления угловым и траекторным движением (раздельное управление векторами перегрузки и собственной угловой скорости ЛА), а также возможность выполнения пространственных маневров с большими величинами угловых скоростей, углов атаки (более 90°) и скольжения, на малых (близких к нулевым) скоростях.
Большой объем исследований по изучению и моделированию аэродинамики и динамики полета на «сверхманевренности» был проведен специалистами ЦАГИ в 80-90-е гг. О значимости этой работы говорит тот факт, что большая группа ее участников была удостоена премии им. Н.Е.Жуковского.
Несмотря на то, что «сверхманевренность» рассматривалась как одна из основ концепции перспективных истребителей, в 90-х гг. — в значительной степени под влиянием экономических и политических факторов — появились высказывания о нецелесообразности дальнейшей борьбы за повышение маневренных характеристик перспективных боевых самолетов. При этом делаются ссылки на чрезмерные затраты, вызванные усложнением конструкции и не приводящие к заметному увеличению боевой эффективности авиационного комплекса. Утверждается, что совершенствование управляемых ракет сводит на нет значение повышения маневренности самолета.
Сверхманевренный истребитель, по мнению сторонников такого подхода, является весьма дорогостоящей, и в целом бесполезной «игрушкой». Следует заметить, что в определенной мере подобный подход возобладал в США, где пошли на определенное снижение возможностей истребителя F-22A в ближнем маневренном воздушном бою (по словам Томаса Бербэйджа, генерального менеджера программы, «если самолету F-22A придется вступить в ближний воздушный бой с перегрузкой девять, значит нами допущена какая-то ошибка»), а также заложили в требования к перспективному легкому истребителю JSF «маневренность на уровне существующих самолетов четвертого поколения».
Наличие столь широкого спектра мнений о пользе «сверхманевренности» обусловливается, по всей видимости, отсутствием системного подхода к анализу ее влияния на боевую эффективность истребителя.
Исходными при создании авиационной техники являются не средства, а цели, для достижения которых она разрабатывается. Исходя из целей, ради которых создается современный истребитель, можно сделать вывод о том, что собственно самолет можно рассматривать как боевую платформу для доставки оружия и обеспечения условий его высокоточного применения. Все остальные задачи являются хотя и важными, но не основными (т.е. несистемообразующими). Следовательно, в рамках системного подхода необходимо рассматривать единую целенаправленную систему «самолет — оружие -бортовой комплекс — экипаж», которую можно назвать «авиационный боевой комплекс» (АБК). Результаты системного анализа позволяют сделать вывод о том, что в последние годы сложился ряд противоречий между летно-техническими характеристиками самолета, возможностями бортового комплекса, оружия и экипажа. Это, в свою очередь, приводит к нерациональному использованию возможностей отдельных элементов АБК и, как следствие, к снижению его эффективности.
Одним из наиболее перспективных направлений преодоления возникших противоречий является реализация интерактивных методов прицеливания и управления самолетом и оружием, разработанных в рамках единой концепции и ориентированных на максимальное использование маневренных и «сверхманевренных» возможностей летальных аппаратов и их экипажей при действии как по воздушным, так и по наземным целям.
Бытует мнение, что «сверхманевренность» повышает эффективность истребителя лишь в ближнем воздушном бою, относительная вероятность которого, по ряду оценок, неуклонно снижается (вспомним высказывание Т.Бербэйджа). Оставляя в стороне справедливость этих прогнозов, можно утверждать, что «сверхманевренность» может обеспечить победу и при ведении боя на больших дальностях, вне визуального контакта противников.
Эффективность истребителя при ведении дальнего группового воздушного боя в значительной степени определяется способностью опережать противника в применении оружия, а также интенсивностью нанесения ракетного удара. Опережение достигается главным образом за счет увеличения дальности обнаружения и захвата воздушной цели, улучшения энерго-баллистических характеристик ракет, оптимизации методов их наведения, а также разгонно-скоростных характеристик летательного аппарата. Так, увеличение скорости истребителя в момент пуска в полтора раза с последующим интенсивным динамическим торможением (элемент сверхманевренности, обеспечивающий срыв наведения ракет противника) позволяет увеличить эффективность авиационного комплекса в 1,5-2,0 раза.
Эффективность поражающего действия УР класса «воздух-воздух» зависит от их точностных характеристик, условий подхода ракеты к цели, типа боевой части, характеристик взрывателя, степени уязвимости неприятельских самолетов. Исследования показали наличие рациональных (гарантированных) зон применения ракет, в которых обеспечивается максимальная реализация возможностей ракетного оружия. Эти зоны зависят от противодействия противника и ряда других факторов, определяющих эффективность авиационного комплекса в дальнем групповом воздушном бою.
Данный факт обусловил необходимость как совершенствования приемов и способов применения УР «воздух-воздух», обеспечивающих максимальную реализацию их возможностей, так и отработки противоракетных маневров истребителя за счет использования режимов «сверхманевренности».
Рост маневренных возможностей истребителей четвертого поколения обусловил изменение ряда характеристик ближнего воздушного боя — его пространственного размаха, диапазона высот и скоростей, продолжительности боевого контакта. В современном ближнем групповом воздушном бою уже не обязателен выход истребителя в заднюю полусферу цели. Сегодня стали возможными пуски ракет с тепловой головкой самонаведения на встречных курсах, причем по мере совершенствования оружия и прицельных систем доля таких атак возрастает. Если раньше — при столкновении самолетов второго или третьего поколений — н а и б о л ь ш а я часть пусков ракет в ближнем воздушном бою приходилась на диапазон курсовых углов цели 180-120°, то сейчас пуски распределяются по всей области пространства вокруг самолета противника, причем их количество в диапазоне курсовых углов 120-60° (48%) превышает количество пусков в диапазоне углов 180-120° (31%). Помимо расширения возможностей применения оружия по условиям курсового угла цели, современные ракеты с ТГС позволяют осуществлять пуск в широком диапазоне углов целеуказания (курсовых углов истребителя). В современном бою только четверть УР запускается при углах целеуказания менее 10°, а остальная часть пусков выполняется с углами целеуказания 10-30° и более.
Расширение возможностей оружия значительно увеличило долю ситуаций, при которых возникают условия для его применения. Сокращается среднее время от момента завязки боя до поражения одного из его участников. Участились ситуации, близкие к дуэльным, когда разница во времени применения противниками оружия составляет лишь несколько секунд. Все это повышает в современном ближнем маневренном воздушном бою роль факторов, способствующих упреждению противника в открытии огня. К таким факторам в первую очередь относятся: высокие характеристики неустановившегося маневрирования истребителя, угловая скорость целеуказания, время захвата цели ГСН, а также время схода ракеты с пусковой установки.
Опыт локальных войн последнего времени показывает, что рост скорости неустановившегося разворота обусловил снижение средней скорости воздушного боя. Это связано с необходимостью быстрого выхода самолета на режим с максимальной угловой скоростью. По сравнению с истребителями третьего поколения у машин четвертого поколения средняя скорость ближнего маневренного воздушного боя на 150-200 км/ч меньше. Несмотря на это, средний уровень перегрузок, с которыми маневрируют современные самолеты, не только не сократился, а даже несколько возрос. Снижение средней скорости и возрастание перегрузок привели к сокращению пространства, на котором протекает ближний воздушный бой: если самолеты третьего поколения имели средний радиус маневрирования порядка 2000 м, а сам бой двух пар истребителей протекал, как правило, на пространстве 10…15 х 10…15 км при средней разнице минимальных и максимальных высот 6…8 км, то истребители четвертого поколения маневрируют со средним радиусом 800…1000 м, а пространство маневрирования сократилось до «кусочка неба» 4…6 х 4…6 км при диапазоне высот 4 км.
Уменьшение размеров «поля боя» при росте маневренности истребителей привело к увеличению скоростей относительного углового перемещения соперников. Это явилось причиной повышения доли кратковременных ситуаций, в которых имеется возможность применения оружия по параметрам разрешенной дальности, курсовых углов цели и истребителя. Однако дефицит времени и высокая угловая скорость визирования затрудняют прицеливание и пуск ракет. Выход из создавшейся ситуации видится в кратковременном достижении высокой угловой скорости разворота (вновь
«сверхманевренность»!).
Возрастание разгонных характеристик истребителей, рост дальности пуска ракет класса «воздух-воздух» и вероятности атак с передней полусферы сократили время сближения самолетов в ближнем маневренном воздушном бою. Это «сжало» и промежуток времени от момента обнаружения цели до ее поражения, что, в свою очередь, уменьшило и среднюю продолжительность такого боя. Поэтому из всех частных характеристик маневренности в ближнем воздушном бою важнейшую роль приобретает угловая скорость и радиус разворота, влияющие на быстроту занятия положения для атаки и упреждение противника в применении оружия.
Таким образом, одним из важнейших направлений повышения эффективности боевого применения современных авиационных боевых комплексов стала борьба за наиболее полное использование маневренных характеристик самолета.
Применение режимов сверхманевренности в ближнем воздушном бою позволяет существенно повысить эффективность УР малой дальности в пределах ближней границы области возможных пусков. Оценка условий применения оружия при выполнении тактических приемов с торможением на закритических углах атаки показывает, что ориентация ГСН ракеты в направлении цели, позволяющая произвести целеуказание и захват, может осуществляться на участке больших углов атаки. Однако малое располагаемое время и высокие угловые скорости изменения угла тангажа практически исключают такую возможность при существующих ограничениях прицельной системы и ракет.
Следует заметить, что одним из недостатков тактических приемов с торможением на закритических углах атаки является потеря энергии, ограничивающая на некоторое время возможности интенсивного маневрирования. В целях уменьшения времени разгона после торможения при достаточном запасе высоты могут быть использованы маневры «Переворот, Кобра» и «Полупереворот, Кобра». При этом атакуемый истребитель выполняет часть переворота (полупереворота) в сторону атакующего, а затем на нисходящей траектории производит резкое торможение на закритических углах атаки, приводящее к энергичному проскакиванию противника вперед. Обороняющийся в этом случае оказывается в выгодном положении для применения оружия и, кроме того, имеет возможность на снижении быстро увеличить скорость для дальнейших маневров.
Отдельные элементы «сверхманевренности» уже были успешно применены при ведении учебных воздушных боев, в том числе и с самолетами ВВС зарубежных стран. В качестве примера можно привести воздушный бой, проведенный 16 сентября 1995 г. в ходе совместных российско-южноафриканских учений на территории ЮАР. Вот как описывает его один из его участников, начальник Центра боевого применения и переучивания летного состава фронтовой авиации генерал-майор А.Н.Харчевский: «В первом воздушном бою, который я провел на истребителе МиГ-29 с самолетом «Чита» D (усовершенствованный вариант истребителя IAI «Кфир» С.7, созданный в ЮАР в конце 80-х гг.), пилотировавшимся симпатичным парнем по фамилии Казино, я убедился, что южноафриканский летчик владеет своим истребителем в совершенстве. Он не боялся потерять скорость, великолепно ориентировался…. На чем я его сразу «купил» — это на «Колоколе» — фигуре, позволяющей быстро получить тактическое преимущество. При этом «Чита» проскочила вперед, я свалился на нее сверху, а мой противник не сразу понял, что произошло. Риск с моей стороны все же был: ведь потеря скорости в воздушном бою, как правило, равносильна потере преимущества. Но если грамотно применять «Колокол», буквально за 20 секунд можно завоевать полное преимущество в бою». Как говорится, комментарии излишни…..
Маневренные характеристики самолетов существенно влияют и на эффективность поражения наземных целей. Вследствие навигационных ошибок, случайности процессов обнаружения, опознавания и захвата, положение самолета относительно наземной цели в момент ее обнаружения также случайно. Однако существует определенная область воздушного пространства, в котором возможна атака с ходу, обеспечивающая наибольшую эффективность нанесения удара. Размеры зоны возможных атак (ЗВА) зависят от особенностей бортового оружия, поля зрения обзорно-прицельных систем, возможностей экипажа по просмотру местности, а также маневренных характеристик самолета. Увеличение маневренности позволяет расширить ЗВА (а, следовательно, и вероятность атаки с ходу) за счет уменьшения радиуса разворота. Использование элементов «сверхманевренности» — динамического торможения и маневрирования на скорости 200-400 км/ч — позволяет значительно увеличить дальность обнаружения цели и существенно уменьшить минимальную дальность применения оружия.
Однако «сверхманевренность» требует разработки и освоения новых тактических приемов и способов поиска и атаки наземных объектов, особенно при применении неуправляемых средств поражения. Выход на наземную цель, подготовка к ее атаке и сама атака производятся, как правило, в условиях одновременного преодоления объектовой ПВО противника. Это, с одной стороны, вызывает необходимость интенсивного противовоздушного маневрирования, а с другой — накладывает ограничения на тактику самого удара. Как в самолетных, так и в наземных РЛС систем ПВО в настоящее время применяется импульсно-доплеровский режим работы. Это обусловливает существование так называемых зон «слепых» скоростей сближения, на которых радиолокационные станции теряют цель. При интенсивном изменении противником скорости и направления движения («скачки» по скорости и координате) в системе автосопровождения ЗРК неизбежны длительные переходные процессы, характеризующиеся резким возрастанием ошибок и потерей устойчивости работы. Таким образом, интенсивный маневр, который может быть дополнен постановкой радиоэлектронных помех, существенно снижает эффективность наземных средств ПВО противника.
Основными направлениями реализации элементов «сверхманевренности» при решении ударных задач являются: применение управляемых средств поражения большой и средней дальности (ракет и планирующих авиабомб) со сложных видов маневра с минимальным входом в зону поражения ЗРК противника; снижение вероятности автосопровождения цели РЛС ЗРК за счет интенсивного маневрирования, приводящего к эффекту «скачка по скорости»; снижение вероятности попадания зенитной ракеты в самолет при появлении эффекта «скачка по координате», появлении флуктуационных ошибок и «раскачки» системы управления ЗУР, а также использовании углов закрытия местности и «мертвых зон» ЗРК при атаке цели неуправляемыми средствами поражения.
Однако для того, чтобы «сверхманевренность» «заработала» как реальное средство повышения эффективности авиационных боевых комплексов, должна быть проделана большая и многоплановая работа. В частности, требуется отработка вопросов безопасности отделения авиационных средств поражения от самолета при больших углах атаки и скольжения. Особенности боевого применения «сверхманевренных» истребителей обусловливают необходимость решения ряда психофизиологических проблем, связанных с функционированием летчика. Наконец, нуждаются в углубленной проработке вопросы тактики и управления групповым воздушным боем перспективных «сверхманевренных» истребителей.
Авторы: А.Обухов, В.Ильин, И.Ивенин, И.Пасекунов, М.Каневский, Н.Баранов
Оригинал статьи здесь: http://aviapanorama.su/1999/02/sverxmanevrennost-sredstvo-pobezhdat/