Тактический истребитель F-22 как объект радиолокационной разведки

       Диаметр АФАР 81,3 см, масса 219,1 кг, объем 0,275 куб.м, рассеиваемая мощность 8278 Вт, расход охлаждающей  жидкости 11,3 л/мин.

       Для управления фазой каждого модуля используется пятиразрядное устройство управления, кроме того, при формировании луча каждый модуль может быть включен или выключен. Для приема и передачи используются отдельные волноводные соединения. Общее управление формированием луча осуществляется с помощью четырех автономных ЭВМ, основанных на микропроцессорах, каждая из которых управляет одним квадрантом АФАР.

       Для питания АФАР используются четыре источника  питания напряжением +7В постоянного  тока. Каждый из этих источников питает приемопередающие модули одного квадранта  апертуры. Кроме того, предусмотрен комбинированный источник питания ±5 В со схемами переключения приблизительно 50 кГц. Масса источника питания АФАР вместе с блоком сопряжения 140,6 кг, объем 0.565 куб.м, рассеиваемая мощность 3800 Вт, расход охлаждающего воздуха 3800 кг/мин, расход охлаждающей жидкости 14,3 л/мин.

       С начала 1989 г. фирмы Texas Instruments и Westinghouse, а также Hughes проводят четырехлетнюю работу по программе, направленной на создание промышленной технологии изготовления приемопередающих модулей и на доведение их стоимости до 400 долл. при темпе производства тысяча модулей в день.

       Принимаемая энергия поступает через малошумный усилитель в каждом модуле антенны в восьмиканальное приемное устройство. Четыре канала непосредственно связаны с АФАР, а оставшиеся четыре используются в качестве резервных и выполнения вспомогательных функций.

       В состав приемного устройства входят 43 модуля, из которых два модуля - переключатель/малошумный усилитель; 19 модулей - приемники с устройствами дискретизации, преобразующими синфазный и квадратурный выходные сигналы в цифровую форму; шесть модулей - контроллер; три модуля - устройство синхронизации; шесть модулей - источники питания.

       Модули, входящие в состав приемного устройства, размещаются в три ряда на монтажной  панели, которая предусматривает  их жидкостное охлаждение. Для охлаждения модули крепятся к лепесткам теплообменников, расположенных с каждой стороны панели, с помощью клиновидных зажимов. Хладагент поступает в заднюю часть блока и направляется в шесть теплообменников в соответствии с количеством рассеиваемой модулями энергии.

       В РЛС имеется стабилизированный генератор, генерирующий сигналы возбуждения передающих модулей.

       Масса приемного устройства/стабилизированного генератора 90,7 кг, объем 0.074 куб.м, рассеиваемая мощность 2300 Вт, расход охлаждающей  жидкости 8,3 л/мин.

       С выхода приемного устройства данные в цифровой форме поступают в процессор обработки сигналов, где из них выделяются сигналы цели. Процессор построен по технологии VHSIC, которая позволяет повысить быстродействие в 50-100 раз по сравнению с процессорами, построенными на основе существующей технологии. Масса процессора 104,3кг, объем 0,116 куб.м, рассеиваемая мощность 2175 Вт, расход охлаждающего воздуха 3,7 кг/мин.

       При разработке РЛС большое внимание уделялось ее надежности и техническому обслуживанию. Средняя наработка  на отказ РЛС должна составлять 400-500 ч. Этот уровень надежности будет достигнут без применения резервирования, так как все блоки РЛС обладают повышенной надежностью. Так, СНО для антенны составляет 2500 ч, а СНО для процессора обработки сигналов - приблизительно 1000 ч. Остальные, входящие в состав РЛС блоки, будут иметь СНО около 1250 ч, что позволит получить требуемую надежность со средней наработкой на отказ 400 ч. Интервал между циклами технического обслуживания составит 100 ч.

       При работе РЛС даже выход из строя  до 5% модулей АФАР почти не приводит к ухудшению технических характеристик РЛС, что также значительно повышает ее надежность.

       Кроме того, антенна, построенная на основе твердотельных передатчиков способна заменить мощный передатчик на лампе  бегущей волны, являющийся одним из основных источников отказов в существующих РЛС.

       Дальность действия РЛС 90 - 185 км, масса 553,7 кг, потребляемая мощность 16533 Вт, объем 0,565 куб.м, расход охлаждающего воздуха 4,38 кг/мин. расход охлаждающей жидкости 33,9 л/мин. 
 
 
 
 

       САМОЛЕТ «ЛОКХИД-МАРТИН» F-22 «РЭПТОР» 
ЭВОЛЮЦИЯ ПРОЕКТА

        
Когда ВВС США начали определяться с требованиями к новому истребителю, призванному заменить самолет F-15, геополитическая  обстановка сильно отличалась от современной. СССР еще существовал, а Ирак был  лишь второстепенной азиатской страной. Большой региональный конфликт считался менее вероятным, чем конфронтация сверхдержав в качестве потенциальной угрозы безопасности США. 
Когда требования были сформированы в 1981 г., F-15 находился в строю всего шесть лет, но командование ВВС США уже принимало во внимание потенциальную угрозу, исходящую от новейших советских самолетов, которые в сочетании с прекрасной системой ПВО могли наносить удары по американской авиации на ее аэродромах базирования. Когда F-22 поступит на вооружение в 2004 г., F-15 будет находиться на вооружении уже 30 лет, но угроза, противостоять которой оба этих самолета были изначально призваны, уже, похоже, никогда не материализуется. 
«F-22 прогрессивен по отношению к F-15 и в традиционных областях, обладая малой заметностью, высокой скоростью и маневренностью, но в «нетрадиционных» областях является поистине революционным», - заявляет Бербэйдж. Спектр выполняемых задач самолета по сравнению с его предком вырос в два раза, но основным преимуществом является уникальная мощность БЦВМ самолета - 10,5 млрд. операций в секунду при 300 мБ памяти с возможностью 200-процентного расширения. 
Когда в 1983 г. начались концептуальные проработки по программе ATF, основным требования к новому самолету были уже в целом выяснены - в их числе малая заметность, большая дальность и возможность сверхзвукового крейсерского полета. Эти требования были призваны сократить время для ответных мер неприятельской, ПВО и увеличить возможности по проникновению в глубь обороны противника. Большое внимание уделялось маневренности, в жертву ей была принесена возможность укороченного взлета и посадки - для экономии средств и массы конструкции. 
Стоимость уже в то время являлась важным критерием, и в 1986 г. ВВС изменили первоначальный план создания ATF путем последовательных приближений на принцип «первый полет до закупки» для двух альтернативных конкурсных самолетов. Критерий «стоимость - эффективность» стал главным при определении, какие параметры можно «выжать» из самолета при стоимости, ограниченной 35 млн. долл., наряду со снижением технического риска до начала полномасштабной разработки программы. 
Фирма «Локхид-Мартин» была одной из семи компаний, чьи концепции отвечали заданному критерию «стоимость - эффективность». В 1986 г она объединила усилия с фирмами «Боинг» и «Дженерал Дайнэмикс». Согласно подписанному между ними соглашению, победитель в конкурсе будет являться ведущим разработчиком при примерно равном разделении объемов работ. В октябре 1986 г. «Локхид-Мартин» получила заказ на проектирование и постройку прототипа F-22, а фирма «Нортроп», объединившая свои усилия с «Макдоннелл-Дуглас», - на прототип альтернативного истребителя F-23. 
 
        ИЗМЕНЕНИЯ ПРОЕКТА 

       После определения внешней конфигурации самолета в 1992 г. в него было внесено несколько изменений. Размах крыла увеличили для улучшения маневренных характеристик и уменьшения сопротивления, стреловидность крыла по передней кромке уменьшили, опять же, для увеличения маневренности.  
Толщину профиля уменьшили для уменьшения сопротивления, камеры сгорания и тракты воздухозаборников были модернизированы для улучшения сверхзвуковой маневренности, законцовкам крыла придали еще один угол излома в плане для того, чтобы увеличить поле зрения антенн на концах крыла. 
Укорачивание фюзеляжа позволило сэкономить массу, сдвигание воздухозаборников назад улучшило управляемость и обзор из кабины. Последняя была видоизменена и сдвинута вперед, также для улучшения обзора вниз. 
Перепроектирование носовой части имело целью улучшить характеристики БРЛС и уменьшить ЭПР. 
Вертикальное оперение было уменьшено по площади на 20% после того, как в ходе летных испытаний выяснилось, что на УР-22 кили по площади больше, чем нужно. Тормозные щитки были упразднены, вместо них применена схема симметричного отклонения рулей направления. Форма ГО в плане изменена для уменьшения ЭПР, при сохранении площади. 
В результате самолет получился схожим по размерам с F-15, но при этом несет такое же количество единиц вооружения на внутренней подвеске, берет больше топлива и несет на борту все обеспечивающее оборудование. При этом масса самолета такая же, как у F-15. Серийный самолет на 4500 кг легче прототипа. Массовые характеристики не упоминались в техническом задании, но борьба за экономию веса всегда ставится в качестве основного критерия любого проекта ЛА, как мера по достижению высоких ЛТХ и уменьшению стоимости. 
Масса F-22 оказалась больше ожидаемой, но самолет удовлетворил всем требованиям заказчика. Меры по уменьшению массы были в связи с этим отложены в пользу разработки экономичных технологий производства. Масса самолета заморожена, ее дальнейшее уменьшение можно обеспечить лишь при дополнительном финансировании. 

       ИЗМЕНЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ 

       Первоначально заказ ВВС был на 750 самолетов, ВМС одно время проявляли интерес  к палубному варианту ATF, планируя закупить 550 машин. От второго заказа отказались в пользу продолжения программы штурмовика «Дженерал Дайнэмикс» «Макдоннелл-Дуглас» А-12. После аннулирования этой программы ВМС был предложен проект развития F-22, удовлетворяющий требованиям к палубному самолету A/F-X, но вскоре и его аннулировали.  
Летные испытания F-22 с двигателями F-119 продолжились в октябре 1991 г., собиралась информация о нагрузках и работе систем для дальнейшего использования в программе. Испытания продолжались до апреля 1992 г., когда самолет потерпел аварию. Прототип не был восстановлен до летного состояния, он используется в настоящее время для определения эффективной поверхности рассеивания (ЭПР). Этот самолет был модифицирован, сейчас он внешне повторяет по форме серийный самолет. 
Первая серия изменений графика программы произошла в январе 1993 г. в связи с урезанием военного бюджета. Сократилось с 11 до 9 число предсерийных самолетов, но два двухместных самолета все еще планировались. Количество двигателей F-119 для проведения испытаний сократилось с 33 до 27. Разработка двухместной модификации была официально прекращена ВВС в июле 1996 г. как мера по сбережению средств. Но количество предсерийных и серийных машин осталось без изменений. В январе 1997 г. программа снова претерпела изменения. Постройка четырех предсерийных машин была отменена - таким образом число самолетов, запланированных к постройке, сократилось до 438. Период серийного производства с малым темпом был продлен с четырех до пяти лет, за этот период теперь планировалось построить не 90, а 70 машин. 

       ИЗМЕНЕНИЕ КОНФИГУРАЦИИ 

       По  ходу программы в конструкцию  самолета было внесено несколько  изменений, главным образом касающихся уменьшения массы и ЭПР. В марте 1994 г. было заявлено, что ЭПР самолета не удовлетворяет требованиям из-за неплотной подгонки люков шасси и отсеков вооружения, а также лючков обслуживания. Проблема была решена путем комбинирования люков, сокращения числа дренажных отверстий в нижней части фюзеляжа и внедрения новой компьютеризированной системы обслуживания. 
Фирма «Локхид-Мартин» начала испытания модели для замеров ЭПР на полигоне в Хелендэйле (Калифорния) в ноябре 1996 г. По их результатам Том Бербэйдж заявил, что F-22 удовлетворяет или даже превосходит требования по величине ЭПР. 
В 1996 г. было официально объявлено, что самолет F-22 будет носить имя «Рэптор» - «Орел-могильник». Ранее истребитель носил неофициальные имена «Суперстар» и позже - «Лайтнинг-2», в честь знаменитого двухбалочного локхидовского истребителя периода Второй мировой войны. 
 

       РАБОТАЮЩЕЕ  РАВНОВЕСИЕ 

       Равновесие - это наиболее часто употребляемое  слово в отношении программы F-22. Самолет является компромиссом, равновесием таких качеств, как боевая эффективность, неуязвимость, простота обслуживания, быстрота реакции и пр. Сочетать все это было крайне сложно. 
Изначально основным требованием было сочетание малой заметности, высокой скорости и маневренности в самолете, который по боевой эффективности и простоте обслуживания будет как минимум вдвое превосходить машину, для замены которой он предназначен. Некоторые качества было просто уравновесить - например, требование разместить все топливо во внутренних баках, без ПТБ на внешней подвеске, что уменьшало радиолокационную заметность и сопротивление в сверхзвуковом крейсерском полете. Крейсерский режим работы двигателей на сверхзвуке минимизировал время использования форкамер и снижал ИК заметность. А.вот сочетание малой заметности с высокой маневренностью было более проблематично.  
Когда в августе 1990 г. на заводе «СканкУоркс» изготовили первый прототип F-22, стал ясен подход фирмы «Локхид-Мартин» к проблеме уравновешивания требований. Форма самолета оптимизирована для снижения ЭПР, все кромки и внешние углы ориентированы параллельно передней и задней кромкам крыла, а для повышения маневренности самолет имел четыре поверхности оперения, отклоняемый вектор тяги и высокий каплевидный фонарь. 
Шерм Маллин, бывший ответственный за этап начальной разработки самолета F-22, а ныне президент «Сканк Уоркс», сказал, что в 1987 г. самолет претерпел радикальное перепроектирование, занявшее три месяца. 
Это произошло после того, как схема, предложенная изначально, оказалась «неприемлемой как с технической точки зрения, так и с точки зрения конкурса». Внешние отличия F-22 от прототипа минимальны.  
Основными идеями, заложенными в проекте, являются интегрированные аэродинамика и двигательная установка - для достижения сверхзвуковой крейсерской скорости и маневренности, плавный переход от крыла к фюзеляжу для увеличения эффективности конструкции и роста объема внутренних топливных баков, форма, способствующая уменьшению ЭПР, а также конструкция воздухозаборников, способствующая росту характеристик и скрытности и одновременно конструктивно простая. 
Форма крыла в плане, приближающаяся к ромбической, была выбрана благодаря своей простоте и прочности и большому объему баков-кессонов, в то время как относительно большая площадь крыла увеличивает маневренность и улучшает взлетно-посадочные характеристики (ВПХ). Механизация крыла включает в себя предкрылки по всей передней кромке, а также элероны и флапероны на задней кромке. 
Четыре поверхности хвостового оперения обеспечивают управление в диапазоне, необходимом для достижения «безграничной» маневренности. Сопла с управляемым вектором тяги (УВТ) играют роль дополнительного горизонтального оперения (ГО). По словам Маллина, УВТ добавил 15-25 кг веса соплу, в то время как эквивалентное увеличение площади ГО добавило бы 180 кг веса. УВТ осуществляется только по тангажу и всегда симметрично. На больших углах атаки УВТ используется для управления по тангажу, в то время как стабилизатор - для управления по крену. 
Шеф-пилот F-22 Пол Метц отмечает, что УВТ увеличивает эффективность ГО. Самолет спроектирован таким образом, чтобы управляться аэродинамическими поверхностями во всем диапазоне углов атаки, но при больших значениях угла атаки УВТ гораздо лучше. Система УВТ задействована постоянно, но применяется только на малых скоростях и больших углах атаки, и далеко не всегда - в бою. УВТ используется на взлете и посадке, а также для уменьшения нагрузки на носовую стойку шасси при подвеске ПТБ», - комментирует Метц. 
Створки воздухозаборников - отсекатели погранслоя также используются для управления по тангажу. Воздухозаборники не имеют подвижных клиньев, несмотря на то, что максимальное число Маха для самолета больше 2. Створки имеют пилообразную переднюю кромку для уменьшения ЭПР, а каналы спроектированы так, чтобы полностью исключить прямую видимость первой ступени компрессора. 
 

       ВООРУЖЕНИЕ  САМОЛЕТА 

       Команда проектировщиков комплекса вооружения отлично справилась с требованиями по весу и стоимости, при этом имея в виду, что F-22 должен будет выполнять  задания, связанные не только с воздушным боем. 
Во-первых, это будут задания по бомбометанию с повышенной точностью с использованием КАБ JDAM. 
Несмотря на то что основное вооружение самолета находится на внутренней подвеске, имеется возможность подвешивать под крыло четыре пилона для ракет и ПТБ, что расширяет возможности самолета.  
В основном подфюзеляжном отсеке вооружения можно разместить 4 УР AIM-120А или 6 УР «компактного хранения» AIM-9M. Имеется 20-мм пушка с боекомплектом 480 снарядов. В настоящее время основным вооружением является ракета AIM-120A, но к моменту поступления на вооружение самолета в серии будет ракета AIM-120C с уменьшенными аэродинамическими поверхностями. Каждая дополнительная ракета добавляет 160 кг собственного веса и 45 кг веса пускового устройства. 
Пусковое устройство вертикально выстреливающего типа фирмы ЕДО для ракет AIM-120 пришло на смену трапеции, установленной на прототипах. В результате уменьшилась длина отсека вооружения и был сэкономлен вес. Требования к пуску весьма высоки - ракета должна выйти из отсека при любом положении самолета и скорости полета без тряски и разворотов - места в отсеке очень мало. Пусковое устройство должно вытолкнуть ракету наружу через «бетонную стену» пограничного слоя на сверхзвуке. 
Устройство имеет ход 230 мм и выстреливает ракету менее чем за секунду. Привод - смешанный, пневмогидравлический. Выдвижение пускателя производится пневмоцилиндром, сход ракеты - гидротолкателем, после чего пускатель убирается. Закрывание створок отсека возможно после схода ракеты и при выдвинутом пускателе. Выдвигание пускателя происходит с перегрузкой 40 единиц и скоростью выдвигания 8,1 м/с. Для техобслуживания на земле предусмотрен медленный режим. 
Трапеция запуска ракет AIM-9 разработана фирмой «Локхид-Мартин». В основу ее положена конструкция пускового рельса на законцовке крыла самолета F-16. Трапеция выдвигает ракету в поток, но не отстреливает ее. Ракета выдвигается из отсека передней частью наружу - вниз, под небольшим углом к диаметральной плоскости самолета, для увеличения угла обзора ИК ГСН. Ракета стартует с рельса, газы из ее сопла отражаются наружу с помощью дефлектора, предохраняющего от повреждений отсек электроники, находящийся за отсеком для AIM-9. Для установки на самолет новых ракет AIM-9X потребуются лишь незначительные изменения. 
В начале 1999 г. ВВС США выдали фирмам «Локхид-Мартин» и «Боинг» задание на разработку мер по расширению тактических возможностей этого самолета.  
По своим функциональным возможностям самолет F-22 до сих пор является истребителем воздушного боя с достаточно ограниченными возможностями по поражению наземных целей. Из оружия класса «воздух-земля» он может нести лишь две перспективные КАБ JDAM калибра 450 кг (на внутренней подвеске), при этом возможности по ведению дальнего ракетного воздушного боя резко снижаются, так как помимо бомб в основном грузоотсеке самолета может быть размещено лишь две ракеты AMRAAM, а внешняя подвеска вооружения предусматривается лишь при его транспортировке в перегоночном варианте. Измерения ЭПР самолета F-22 с ракетами на внешней подвеске показали недопустимое возрастание величины ЭПР, сводящее на нет малую радиолокационную заметность самолета, его основной «козырь» в воздушном бою и при преодолении ПВО. 
В ходе работ по расширению тактических возможностей F-22 был рассмотрен 31 вариант сценария боевого вылета на боевое применение КАБ JDAM. Результатом работ явилась разработка изменений и дополнений к программному обеспечению БЦВМ самолета, а также придание ему возможности нести бомбовые кассеты, снаряженные миниатюрными высокоточными самокорректирующимися боеприпасами, такими как 115-кг легкая перспективная КАБ. 
Данные изменения будут внедрены, скорее всего, на самолетах пятой серии, серийное производство которых планируется начать в 2006 г. КАБ JDAM будут способны нести самолеты четвертой серии. 
Конечной целью работ по расширению тактических возможностей самолета F-22, по словам менеджера программы Роберта Ричардсона, будет полная замена ударных самолетов F-15Е и F-117 истребителями F-22 с расширенными тактическими возможностями. Таким образом, по окончании выпуска 339 самолетов F-22, идущих на замену истребителям F-15C, серийное производство может быть продолжено, что обеспечит максимальную унификацию парка истребительной и тактической ударной авиации США. 
Узлы внешней подвески предполагается применять для перегоночных полетов или при ведении боевых действий в конфликтах малой интенсивности. На них можно разместить четыре сбрасываемых пилона грузоподъемностью по 2270 кг. Под каждым из них можно разместить по подвесному топливному баку (ПТБ) емкостью 2270 л. Кроме баков под каждый пилон можно подвесить по две ракеты AMRAAM в транспортировочной конфигурации - без оперения. Альтернативная подвеска под каждый пилон включает в себя две ракеты AMRAAM или АIM-9 в боевой конфигурации, или одну бомбу JDAM. Пилоны один раз подверглись радикальной модернизации для преодоления флаттера. 
Вместо планировавшихся ранее к использованию ПТБ от самолета F-15 в настоящее время разрабатываются новые баки - внешне такие же, но с возможностью внутренней перекачки топлива для поддержания положения центра масс (ЦМ). 
Над правым воздухозаборником, за дверцами-створками, открывающимися для стрельбы, расположена модернизированная облегченная пушка М61А-2. За основным отсеком вооружения, в центре масс самолета, находится снарядный отсек с системой беззвеньевой подачи боекомплекта разработки «Локхид-Мартин». Стреляные гильзы возвращаются в отсек для минимального изменения положения ЦМ и для предотвращения повреждения конструкции самолета выброшенными за борт гильзами.