Двигатели с поворотным соплом: что это такое и зачем они истребителям

1. Управляемая реактивная тяга

Самый доступный для понимания «аналог» реактивного двигателя – это обычный садовый шланг. Стоит открыть воду посильнее, и он тут же начнёт крутиться во все стороны: мягкий шланг постоянно изгибается, струя воды меняет направление и начинает толкать его в другую сторону. Примерно то же самое происходит и с соплом реактивного двигателя с управляемым вектором тяги (УВТ), только вместо естественного изгиба здесь работают сложные и тяжёлые механизмы из жаропрочных сплавов.



Обычный реактивный самолёт управляется при помощи аэродинамических элементов: закрылки, элероны и рули высоты используются, чтобы давить на потоки воздуха и направлять самолёт в нужную сторону. Это самый простой, классический способ управления, но он имеет серьёзные недостатки. Если самолёт летит на слишком большой высоте в разреженном воздухе или же на малой высоте, но на низкой скорости, стандартное управление работает очень плохо. Чтобы сохранить манёвренность в настолько сложных условиях, инженеры использовали подвижные створки сопла, которые поворачивают реактивный поток и поворачивают нос истребителя в нужном направлении, независимо от скорости и высоты.



Правда, специалистам пришлось повозиться с самим двигателем: подвижные элементы должны были разворачивать реактивный выхлоп с температурой в 1500-2000 градусов. Ни одна обычная (и не очень обычная) сталь не выдержит работы в таких жестких условиях, поэтому им пришлось изобретать уникальные сплавы и использовать специальную керамику для защиты металла от мгновенного испарения.

2. Откуда это взялось

Впрочем, реактивные двигатели с управляемым соплом изначально создавались не для этого, а разработчики этой технологии не задумывались о воздушной акробатике или об экстремальном повышении маневренности. Они создавали боевой самолёт, способный взлетать с небольшого пятачка – с крошечной базы в лесной глуши или же с палубы авианосца. В 1950-1960 годах военное командование прекрасно понимало, что большие аэродромы с длинными взлётно-посадочными полосами попадут под удар одними из первых.



Первым же боевым самолётом, построенным на совершенно новых принципах, был британский штурмовик Harrier, начавший полёты в 1960-х годах. Его поворотные сопла либо направлялись назад и поддерживали обычный полёт, либо смотрели вниз во время вертикального взлёта и посадки, по типу вертолёта. Советский Союз не мог оставить без ответа подобную наглость и разработал собственный палубный Як-38, а потом и Як-141. Вот только во всех этих самолётах сопла были всего лишь средством, помогающим поднять самолёт в воздух и посадить его на землю.



Только в 1980-х годах авиаконструкторы придумали ещё один способ использования управляемого вектора тяги – для повышения манёвренности во время воздушного боя. Всё началось с экспериментального самолёта Х-31, который Соединённые Штаты построили совместно с Германией. У него в хвостовой части инженеры установили лопатки из углепластика, при помощи которых перенаправлялся реактивный поток. Как показали эксперименты, идея была вполне рабочей, и её успешно использовали для создания серийных самолётов.

3. Главные самолёты с управляемым вектором тяги

В итоге исторически появились две основные школы – российская и американская, и разница между ними принципиальная. Российские инженеры предпочли использовать двигатели со всеракурсными соплами, которые могут поворачиваться в любую сторону, увеличивая таким образом манёвренность самолёта на целый порядок.



Мировая авиация разделилась на две основные конструкторские школы, каждая из которых по-своему решила задачу изменения вектора тяги. Российские инженеры сделали ставку на круглые всеракурсные сопла. В двигателях таких машин, как Су-30МКИ, Су-35С и новейшего Су-57, сопло может отклоняться в любую сторону — вверх, вниз, влево и вправо. Это превращает самолеты в настоящих акробатов, способных выполнять уникальные фигуры высшего пилотажа: «Кобру Пугачёва» и «Чакру Фролова». Российские Су-30МКИ и Су-35С, а также новейший Су-57 могут легко выполнять фигуры высшего пилотажа.



В американской инженерной школе используют плоские прямоугольные сопла, которые поворачиваются только в одной плоскости – вверх и вниз, как у истребителя пятого поколения F-22 Raptor. По сравнению с российскими всеракурсными аналогами они дают ограниченную манёвренность, но при этом имеют одно преимущество – помогают снизить заметность самолёта. Так гораздо проще рассеять выработанное тепло и уменьшить видимость в инфракрасном диапазоне.



Самый совершенный представитель американской школы – палубная версия истребителя F-35B. Помимо управления в полёте, его сопло может сгибаться вниз под углом в 95 градусов, обеспечивая таким образом вертикальный взлёт и посадку.



В свете современных ракетных технологий, которые позволяют сбивать цели на большом расстоянии, разгорелись серьёзные споры о пользе управляемых сопел. С одной стороны, самолёт получается маневренным и может уклониться от ракеты, с другой – слишком тяжёлым, сложным и дорогим в обслуживании.