Боинг X-32: Прототип многоцелевого истребителя

Введение

Многоцелевой боевой самолет-прототип компании Boeing

Boeing X-32 – это демонстрационный образец самолета, разработанный для участия в конкурсе на создание истребителя нового поколения (Joint Strike Fighter). Он уступил демонстратору Lockheed Martin X-35, который впоследствии был разработан в истребитель Lockheed Martin F-35 Lightning II.

Предыстория

В 1993 году Агентство перспективных исследовательских проектов обороны (DARPA) запустило проект «Общий доступный легкий истребитель» (CALF). Целью проекта было разработать малозаметный самолет для замены всех легких истребителей и штурмовиков Министерства обороны США, включая F-16 Fighting Falcon, McDonnell Douglas F/A-18 Hornet и самолет с вертикальным/коротким взлетом и посадкой (V/STOL) AV-8B Harrier II. Примерно в то же время был начат проект «Совместная передовая технология ударных самолетов» (JAST). В 1994 году Конгресс США распорядился объединить оба проекта в программу «Joint Strike Fighter» (JSF). В первой фазе проекта приняли участие многие компании, которые разрабатывали концептуальные проекты самолетов для представления в Министерство обороны. 16 ноября 1996 года компаниям Boeing и Lockheed Martin были присуждены контракты на создание двух демонстрационных образцов (CDA) каждый. По условиям контракта эти истребители должны были продемонстрировать обычный взлет и посадку (CTOL), взлет и посадку на авианосец (CV-версия) и короткий взлет и вертикальную посадку (STOVL). Также от них ожидались наземные демонстрации систем самолета, приближенных к серийным образцам, включая концепцию предпочтительной системы вооружения (PWSC). Одним из ключевых отличий от предыдущих проектов стал запрет на использование собственных средств для финансирования разработки. Каждой компании было выделено 750 миллионов долларов на создание двух самолетов, включая авионику, программное обеспечение и оборудование. Это ограничение стимулировало внедрение недорогих технологий производства и сборки, а также предотвратило возможное банкротство Boeing или Lockheed Martin в стремлении выиграть столь важный конкурс.

Разработка X-32

Стратегия Boeing для достижения конкурентного преимущества заключалась в существенном снижении затрат на производство и жизненный цикл за счет минимизации различий между различными версиями JSF. Поэтому X-32 был спроектирован вокруг большого цельного дельта-крыла из углеволокна. Крыло имело размах 9,15 метров, угол стреловидности передней кромки 55 градусов и могло вмещать до 20 000 фунтов (9000 кг) топлива. Высокий угол стреловидности был выбран для обеспечения возможности использования толстого профиля крыла при сохранении умеренного трансонического аэродинамического сопротивления, а также для обеспечения удобного угла установки конформного антенного оборудования на крыле. Изготовление крыла представляло собой сложную задачу. Стратегия конкуренции за счет снижения стоимости также привела Boeing к выбору системы прямой векторной тяги для выполнения требований морской пехоты по короткому взлету и вертикальной посадке (STOVL), поскольку это требовало лишь добавления модуля векторной тяги вокруг основного двигателя. Еще одним следствием выбора системы прямой тяги стал большой воздухозаборник, расположенный под фюзеляжем. Он был необходим для подачи достаточного количества воздуха в основной двигатель (для обеспечения тяги, необходимой для зависания) во время фазы нулевой горизонтальной скорости, когда двигатель не мог использовать энергию набегающего потока воздуха. Побочным эффектом этого большого воздухозаборника стала потенциальная прямая видимость лопаток компрессора для радаров (см. эффективную площадь рассеяния). Для смягчения этой проблемы рассматривалась возможность использования переменных отражателей, предназначенных для блокировки входящих радиоволн без ухудшения воздушного потока. Boeing объяснил быстрое создание версии STOVL использованием цифровых методов проектирования и сборки. После установки двигателя Pratt & Whitney F119 в апреле 2000 года X-32A приступил к испытаниям на рулении на малых и средних скоростях, которые были завершены к концу мая.

Летные испытания

Из-за конструкции с тяжелым дельтавидным крылом X-32, Boeing продемонстрировал возможности STOVL и сверхзвукового полета в отдельных конфигурациях, при этом для конфигурации STOVL требовалось снятие некоторых частей с истребителя. Компания пообещала, что их традиционная хвостовая конструкция для серийных моделей не потребует отдельных конфигураций. В отличие от этого, концептуальный демонстратор Lockheed Martin X-35 был способен переходить между конфигурациями STOVL и сверхзвуковой в полете. Вскоре после взлета была обнаружена незначительная утечка гидравлической жидкости, и продолжительность полета была сокращена до 20 минут вместо запланированных 30–40 минут. По словам Нокса, самолету сопровождения F/A-18 требовалось "значительное включение форсажа", чтобы не отставать от X-32 на начальном этапе. Во время полета самолет достиг высоты 10000 футов (3048 м), развил скорость в и угол атаки 13°. Несмотря на сокращенную продолжительность полета, было выполнено около 80% запланированных тестовых точек. Модифицированная версия двигателя 614C, известная как F119 PW 614S, использовалась на самолетах STOVL. В нормальном полете 614S был сконфигурирован как обычный турбовентиляторный двигатель с форсажной камерой. Однако в режиме STOVL дроссельная заслонка перенаправляла выхлопные газы из основной струи в пару сопел с управляемым вектором тяги, расположенных вблизи центра тяжести самолета. Перед этими соплами струеэкранирующее сопло обеспечивало поток холодного обходного воздуха для минимизации рециркуляции горячих газов. Также имелась пара воздуховодов, ведущих к рулевым соплам на концах крыльев. Две пары воздуховодов питались к задним соплам тангажа и рыскания, а также к передним соплам тангажа. Форсажная камера не использовалась, и во время взлета не было потока газа. X-32B достиг возможности STOVL полета аналогичным образом, как AV-8B Harrier II, за счет управления вектором реактивной струи. Плавный переход (между режимами STOVL и нормальным полетом) достигался за счет поддержания постоянного согласования работы двигателя, что обеспечивалось алгоритмом системы управления, поддерживающим фиксированную общую эффективную площадь сопел. Таким образом, двигатель не реагировал на открытие и закрытие различных сопел при переходе. F119 PW 614S был двигателем прямого подъема, в то время как команда Lockheed Martin STOVL использовала более сложную и рискованную альтернативу, известную как F119 PW 611, которая включала в себя вентилятор с дистанционным приводом, приводимый в действие основным двигателем. Однако это обеспечивало большую тягу подъема, чем было возможно только за счет прямых выхлопных газов. Успешная конструкция позволила бы увеличить полезную нагрузку и, следовательно, дальность полета по сравнению с простым турбовентиляторным двигателем с управляемым вектором тяги. Летные испытания самолетов обеих компаний продолжались до июля 2001 года.

Due to the heavy delta wing design of the X 32, Boeing demonstrated STOVL and supersonic flight in separate configurations, with the STOVL configuration requiring that some parts be removed from the fighter. The company promised that their conventional tail design for production models would not require separate configurations. By contrast, the Lockheed Martin X 35 concept demonstrator aircraft were capable of transitioning between their STOVL and supersonic configurations in mid flight. Shortly after takeoff, a minor hydraulic leak was discovered and the flight was shortened to 20 minutes from the expected 30–40 minutes. According to Knox, the F/A 18 chase plane required "a lot of afterburner" to keep up with the X 32 during the initial stages. During the flight, the aircraft reached 10000 feet (3048 m), attained a speed of , and attained an angle of attack of 13°. Despite the shortened flight, about 80% of the planned test points were accomplished. A modified version of the 614C engine, known as the F119 PW 614S, powered the STOVL aircraft. In normal flight, the 614S was configured as a conventional afterburning turbofan. However, in the STOVL mode a butterfly valve diverted the core stream exhaust gases to a pair of thrust vectoring nozzles located close to the aircraft's center of gravity. Forward of these nozzles, a jet screen nozzle provided a sheet of cool bypass air to minimise hot gas recirculation. There was also a pair of ducts leading to roll nozzles near the wing tips. Two pairs of ducts fed the aft pitch yaw nozzles and the forward pitch nozzles. The afterburner was unlit, with no gas flow during lift. The X 32B achieved STOVL flight in much the same way as the AV 8B Harrier II with thrust vectoring of the jet exhaust. A smooth transition (between STOVL and normal modes) was obtained by maintaining a constant engine match, facilitated by the control system algorithm maintaining a fixed total nozzle effective area. Thus the engine was unaware of various nozzles being opened up and closed off to complete the transition. The F119 PW 614S was a direct lift engine, whereas the Lockheed Martin STOVL team used a more complex and riskier alternative, known as the F119 PW 611, which comprised a remote shaft driven lift fan powered by the main engine. However, this generated more lift thrust than possible with only direct exhaust gases. A successful design would have greater payload, and thus longer range than a simple thrust vectored turbofan. Flight testing of both companies' aircraft continued until July 2001.

Соревнования по СФС

26 октября 2001 года Министерство обороны объявило о победе Lockheed Martin X-35 в конкурсе JSF. X-35 должен был быть разработан в серийный самолет Lockheed Martin F-35 Lightning II. До присуждения контракта многие законодатели предлагали сохранить проигравшего конкурента в качестве субподрядчика, однако принцип "победитель получает все" остался в силе. Тем не менее, компания Boeing рассматривает свою работу над X-32 как стратегическую инвестицию, позволившую получить важные технологии, которые были внедрены в Boeing F/A-18E/F Super Hornet и другие разработки.

Выжившие самолеты

В 2005 году Boeing X-32A был передан в Национальный музей ВВС США близ Дейтона, штат Огайо. Его состояние ухудшилось из-за нескольких лет хранения на открытом воздухе после завершения конкурса JSF. В декабре 2023 года музей завершил трехмесячную реставрацию самолета. X-32B был передан в Музей военно-морской авиации реки Патуксент, расположенный рядом с NAS Patuxent River в округе Сент-Мэри, штат Мэриленд, в 2005 году. Он подвергся реставрации в реставрационном цехе музея в июне 2009 года, но с тех пор снова пришел в негодность. Самолет представлен на экспозиции.