X-35: Прототип истребителя Joint Strike Fighter

Введение

Концептуальный демонстрационный самолет для программы Joint Strike Fighter

Lockheed Martin X-35 – это концептуальный демонстрационный самолет (CDA), разработанный компанией Lockheed Martin для программы Joint Strike Fighter. X-35 был объявлен победителем в конкурсе с Boeing X-32, а его доработанная, вооруженная версия в начале XXI века была запущена в серийное производство под названием F-35 Lightning II.

Разработка

Совместный истребитель нового поколения (СИНГ) был разработан на основе нескольких требований к единому истребителю, призванному заменить существующие типы самолетов. Контракт на разработку СИНГ был подписан 16 ноября 1996 года. Программа СИНГ была создана для замены различных самолетов при одновременном снижении затрат на разработку, производство и эксплуатацию. Этого планировалось достичь путем создания трех модификаций одного самолета, с первоначальной целью обеспечения унификации не менее чем на 70% по количеству деталей. Первая модификация – F-35A, вариант с обычным взлетом и посадкой (CTOL). Это самая компактная и легкая версия, предназначенная главным образом для замены устаревающих F-16 и A-10 Thunderbolt II ВВС США. Это единственная версия, оснащенная встроенной пушкой GAU-22. F-35B – модификация с коротким взлетом и вертикальной посадкой (STOVL), предназначенная для замены AV-8 Harrier II и F/A-18 Hornets Корпуса морской пехоты США, а также Harrier GR7/GR9 ВВС и флота Великобритании, начиная с 2015 года. Королевский флот использует эту модификацию для замены своих Harrier GR7, а Королевские ВВС – Harrier GR9. Корпус морской пехоты США планирует использовать F-35B для замены как AV-8B Harrier II, так и F/A-18 Hornets, при этом конструкция будет сопоставима по размерам с F-35A ВВС, а объем топлива будет уменьшен за счет систем вертикального взлета и посадки. Как и на Harrier, вооружение будет размещаться в контейнере. Вертикальный взлет и посадка – наиболее рискованный аспект, который в конечном итоге стал определяющим фактором при проектировании. Наконец, F-35C – палубный (CV) вариант, предназначенный для замены устаревших F/A-18 Hornets и для обеспечения скрытности в дополнение к F/A-18E/F Super Hornet. Он будет оснащен увеличенными складывающимися крыльями и большими рулевыми поверхностями для улучшения управляемости на малых скоростях, а также усиленным шасси для выдерживания нагрузок при посадках на авианосец. Увеличенная площадь крыла обеспечивает большую дальность полета и полезную нагрузку, достигая примерно той же цели, что и значительно более тяжелый Super Hornet. ВМС США первоначально планировали закупить 480 самолетов JSF, однако это число было впоследствии пересмотрено до 260, с дополнительными 80 для Корпуса морской пехоты США. Основными заказчиками и финансовыми спонсорами являются Соединенные Штаты и Соединенное Королевство. Еще восемь стран также финансируют разработку самолета. Общие затраты на разработку программы, не включая закупки, оцениваются более чем в 40 миллиардов долларов США, большая часть которых была профинансирована Соединенными Штатами. Стоимость производства оценивается в 102 миллиона долларов США за единицу при общем объеме производства в 2400 единиц. Существует три уровня международного участия. Соединенное Королевство является единственным партнером «уровня 1», внося чуть более 2 миллиардов долларов США, что составляет около 10% затрат на разработку. Партнерами второго уровня являются Италия, вносящая 1 миллиард долларов США, и Нидерланды, вносящие 800 миллионов долларов США. На третьем уровне находятся Канада (440 миллионов долларов США), Турция (175 миллионов долларов США), Австралия (144 миллиона долларов США), Норвегия (122 миллиона долларов США) и Дания (110 миллионов долларов США). Уровни участия, как правило, отражают финансовую долю в программе, объем передачи технологий и количество субконтрактов, открытых для тендеров национальных компаний, а также приоритетный порядок, в котором страны могут получить серийные самолеты. Израиль и Сингапур также присоединились в качестве участников программы безопасности. Из-за задержек в разработке и испытаниях сроки ввода F-35 в эксплуатацию были постепенно перенесены с 2010 на 2015 год.

The Joint Strike Fighter evolved out of several requirements for a common fighter to replace existing types. The actual JSF development contract was signed on 16 November 1996. The JSF program was created to replace various aircraft while keeping development, production, and operating costs down. This was pursued by building three variants of one aircraft, with the initial goal of the variants sharing over 70% of their parts. The first is the F 35A, a conventional takeoff and landing (CTOL) variant. It is the smallest and lightest version, and is intended primarily to replace the U. S. Air Force's aging F 16 Fighting Falcons and A 10 Thunderbolt IIs. This is the only version with an internal gun, the GAU 22. The F 35B is the short takeoff and vertical landing (STOVL) variant due to replace the U. S. Marine Corps AV 8 Harrier IIs and F/A 18 Hornets, and Royal Air Force/Royal Navy Harrier GR7/GR9s beginning in 2015. The Royal Navy will use this to replace its Harrier GR7s and the RAF replace its Harrier GR9s. The U. S. Marine Corps will use the F 35B to replace both its AV 8B Harrier IIs and F/A 18 Hornets with a design similar in size to the Air Force F 35A, trading fuel volume for vertical flight systems. Like the Harrier, guns will be carried in a pod. Vertical flight is by far the riskiest, and in the end, a decisive factor in design. Lastly, the F 35C, a carrier based (CV) variant, will replace the "legacy" F/A 18 Hornets and serve as a stealthy complement to the F/A 18E/F Super Hornet. It will have a larger, folding wing and larger control surfaces for improved low speed control, and stronger landing gear for the stresses of carrier landings. The larger wing area provides increased range and payload, achieving much the same goal as the much heavier Super Hornet. The U. S. Navy initially planned to purchase 480 JSF; this number was eventually revised to 260 aircraft, with an additional 80 for the U. S. Marine Corps. The primary customers and financial backers are the United States and the United Kingdom. Eight other nations are also funding the aircraft's development. Total program development costs, less procurement, are estimated at over US$40 billion, of which the bulk has been underwritten by the United States. Production costs are estimated at US$102 million per unit for 2,400 units. There are three levels of international participation. The United Kingdom is the sole 'Level 1' partner, contributing slightly over US$2 billion, about 10% of the development costs. Level 2 partners are Italy, which is contributing US$1 billion, and the Netherlands, US$800 million. At Level 3 are Canada, US$440 million; Turkey, US$175 million; Australia, US$144 million; Norway, US$122 million; and Denmark, US$110 million. The levels generally reflect the financial stake in the program, the amount of technology transfer and subcontracts open for bid by national companies, and the priority order in which countries can obtain production aircraft. Israel and Singapore have also joined as Security Cooperative Participants. Due to delays in development and testing, the introduction date of the F 35 was gradually pushed from 2010 to 2015.

Дизайн

Элементы конструкции X-35 были впервые реализованы на F-22 Raptor, а отдельные элементы конструкции выхлопного канала с вертикальным взлетом и посадкой (VTOL) ранее использовались в Convair Model 200 – сверхзвуковом истребителе VTOL 1972 года, разработанном для корабля управления морской зоной (Sea Control Ship). В частности, трехточечное поворотное сопло, применённое в X-35B, впервые было разработано в конструкции Convair. Кроме того, Lockheed приобрела техническую документацию от отмененного Яковлева Як-141 в 1991 году для изучения и анализа его поворотного сопла. Хотя системы индикации на шлеме уже интегрированы в некоторые истребители четвертого поколения, такие как JAS 39 Gripen, F-35 станет первым современным боевым самолетом, в котором дисплеи на шлеме полностью заменят индикатор на лобовом стекле. На этапе определения концепции лётные испытаниям подверглись два демонстрационных планера для каждой команды-участника. Демонстрационные самолеты Lockheed Martin состояли из X-35A (который впоследствии был переоборудован в X-35B) и более крупного крылатого X-35C. Силовые установки как X-32, так и X-35 были разработаны на базе F119 от Pratt & Whitney, при этом вариант STOVL последнего включал модуль подъёмного вентилятора Rolls Royce Lift Fan. Поскольку это были демонстрационные образцы для подтверждения концепции и снижения рисков, связанных с технологией STOVL, демонстрационным самолетам не требовалась внутренняя структура или большинство подсистем серийного самолета как боевой системы.

Вентилятор подъемника с шахтным приводом

Вместо подъемных двигателей или использования прямоточного подъемного двигателя, как Rolls Royce Pegasus на самолете Harrier, X-35B был оснащен двигателем F119 PW 611, который использовал новую систему подъемных вентиляторов с вальным приводом, запатентованную инженером Lockheed Martin Полом Бевилакуа и разработанную Rolls Royce. В обычном полете на крыле F119 PW 611 был сконфигурирован как обычный турбовентилятор средней степени двухконтурности с форсажной камерой. Турбовентилятор функционировал подобно турбовальному двигателю, встроенному в фюзеляж (но с гораздо меньшим процентом общей тепловой энергии, отбираемой турбинной ступенью). Часть мощности двигателя отбиралась через турбину и использовалась для привода вала, идущего вперед через муфту и коническую передачу к вертикально установленным соосно вращающимся подъемным вентиляторам. Они располагались в передней части самолета, по центру, перед основным двигателем (это также можно рассматривать как турбовентилятор высокой степени двухконтурности, но с вентиляторными ступенями низкого давления, установленными удаленно от основной части двигателя на удлиненном валу с муфтой, создающими тягу вниз, а не назад вокруг основной части двигателя, как в обычном турбовентиляторе). Воздух из компрессорных ступеней турбовентилятора средней степени двухконтурности крейсерского двигателя выпускался через пару роликовых сопел в крыльях по обе стороны фюзеляжа, в то время как тяга подъемного вентилятора компенсировала тягу горячего потока, выходящего через управляемое сопло крейсерского режима в хвостовой части. Силовая установка X-35B эффективно действовала как усилитель потока, подобно тому, как турбовентилятор достигает эффективности, перемещая несгоревший воздух с более низкой скоростью и получая тот же эффект, что и огромный, но непрактичный для сверхзвуковых скоростей главный вентилятор Harrier. Как и подъемные двигатели, этот дополнительный механизм являлся балластом во время полета, но увеличенная тяга подъема еще больше повысила взлетную полезную нагрузку. Холодный вентилятор также снизил вредное воздействие горячего, высокоскоростного потока воздуха, который мог повредить взлетно-посадочную полосу или палубу авианосца. Несмотря на риски и сложность, удалось добиться работоспособности системы, что удовлетворило представителей Министерства обороны, а летные испытания демонстраторов X-35 снизили риски до 6-го уровня технологической готовности.

Instead of lift engines or using a direct lift engine like the Rolls Royce Pegasus in the Harrier jump jet, the X 35B was powered by the F119 PW 611 which used the new shaft driven lift fan system, patented by Lockheed Martin engineer Paul Bevilaqua, and developed by Rolls Royce. In normal wing borne flight, the F119 PW 611 was configured as a normal medium bypass reheated turbofan. The turbofan acted somewhat like a turboshaft engine embedded into the fuselage (but with a much smaller percentage of total heat energy being extracted by the turbine stage). A portion of engine power was extracted via a turbine, and used to drive a shaft running forward via a clutch and bevel gearbox to a vertically mounted, contra rotating lift fan. This was located forward of the main engine in the center of the aircraft (this can also be viewed the same as a high bypass turbofan but with the low pressure fan stages mounted remotely from the engine core on an extended, clutched shaft, and creating thrust downwards rather than back around the engine core as in a conventional turbofan). Bypass air from the cruise engine medium bypass turbofan compressor stages exhausted through a pair of roll post nozzles in the wings on either side of the fuselage, while the thrust from the lift fan balanced the thrust of the hot core stream exhausting through vectored cruise nozzle at the tail. The X 35B powerplant effectively acted as a flow multiplier, much as a turbofan achieves efficiencies by moving unburned air at a lower velocity, and getting the same effect as the Harrier's huge, but supersonically impractical main fan. Like lift engines, this added machinery was dead weight during flight, but the increased lift thrust enhanced take off payload by even more. The cool fan also reduced the harmful effects of hot, high velocity air which could harm runway pavement or an aircraft carrier deck. Though risky and complicated, it was made to work to the satisfaction of DoD officials, and flight testing of the X 35 demonstrators reduced risk to Technology Readiness Level 6.

Оценка летных испытаний

X 35A совершил первый полет 24 октября 2000 года и проверил летные характеристики и управляемость. После 28 испытательных полетов самолет был переоборудован в X 35B, которому добавили приводной вал для вентилятора подъема, поворотное сопло и стабилизаторы крена. 20 июля 2001 года, чтобы продемонстрировать возможности X 35 по укороченному взлету и вертикальной посадке (STOVL), X 35B взлетел с разбегом менее 500 футов (152 м), достиг сверхзвуковой скорости и совершил вертикальную посадку. X 35C совершил первый полет 16 декабря 2000 года и прошел испытания по имитации посадки на авианосец и захода на посадку с высокой мощностью. В ходе конкурса между X 32 и X 35 последний был признан победителем. В результате 26 октября 2001 года контракт на разработку и демонстрацию системы (SDD) F-35 был заключен с компанией Lockheed Martin.

Производство F-35

Существует ряд различий между X-35 и F-35, который был разработан как полноценная система вооружения. Передний фюзеляж был удлинен, чтобы освободить место для бортовой аппаратуры, а горизонтальные стабилизаторы были соответственно смещены к корме для сохранения баланса и управляемости. Форма воздухозаборника сверхзвуковой скорости без отклоняющего устройства изменилась с четырёхсторонней на трёхстороннюю и была также смещена к корме. Для размещения отсеков вооружения секция фюзеляжа стала более объемной, а верхняя поверхность поднялась вдоль продольной оси. После обозначения прототипов X-35, три варианта получили обозначения F-35A (CTOL), F-35B (STOVL) и F-35C (CV).

Выставленные самолеты

X 35A был переоборудован в X 35B для участия в части конкурса, посвященной технологиям STOVL. В настоящее время он экспонируется в Национальном музее авиации и космонавтики, Центре имени Стивен Ф. Удвар-Хази, недалеко от международного аэропорта Вашингтон Даллес в штате Вирджиния. После завершения конкурса X 35C был передан в Музей военно-морской авиации реки Патуксент в округе Сент-Мэри, штат Мэриленд.

Различия между вариантами

X 35ACTOLX 35BSTOVLX 35CCVДлина50,5 футов (15 м)50,5 футов (15 м)50,8 футов (15 м)Размах крыльев33 фута (10 м)33 фута (10 м)40 футов (12 м)Площадь крылаПустая массаВнутренний запас топливаДальность полёта>>>