Истребители четвёртого и 4.5 поколения: эволюция с 1970-х по 2000-е годы.

Введение

Классификация истребителей примерно с 1970 по 2000 год

Истребитель четвертого поколения – это класс реактивных истребителей, состоящих на вооружении с начала 1980-х годов по настоящее время и представляющий собой конструкторские концепции 1970-х годов. Конструкции четвертого поколения во многом сформированы уроками, извлеченными из предыдущего поколения боевых самолетов. Истребители третьего поколения часто проектировались прежде всего как перехватчики, создаваемые с акцентом на скорость и ракеты класса «воздух-воздух». Несмотря на исключительную скорость на прямой, многие истребители третьего поколения серьезно уступали в маневренности, поскольку считалось, что традиционные воздушные бои будут невозможны на сверхзвуковых скоростях. На практике ракеты класса «воздух-воздух» того времени, несмотря на то, что обеспечивали подавляющее большинство побед в воздухе, были относительно ненадежными, и бой быстро переходил в субзвуковой ближний бой. Это делало истребители третьего поколения уязвимыми и недостаточно оснащенными, что возродило интерес к маневренности в истребителях четвертого поколения. Тем временем растущая стоимость военной авиации в целом и продемонстрированный успех самолетов, таких как McDonnell Douglas F-4 Phantom II, способствовали популярности многоцелевых боевых самолетов параллельно с достижениями, характеризующими так называемое четвертое поколение. В этот период маневренность была улучшена за счет ослабленной статической устойчивости, что стало возможным благодаря внедрению системы управления полетом с электродистанционным управлением (ЭДСУ, fly-by-wire), которая, в свою очередь, стала возможной благодаря прогрессу в цифровых компьютерах и методах интеграции систем. Замена аналоговой авионики, необходимой для работы ЭДСУ, стала фундаментальным требованием, поскольку устаревшие аналоговые вычислительные системы начали заменяться цифровыми системами управления полетом во второй половине 1980-х годов. Дальнейшее развитие микрокомпьютеров в 1980-х и 1990-х годах позволило быстро модернизировать авионику на протяжении всего срока службы этих истребителей, включая обновления систем, такие как активная фазированная антенная решетка (АФАР), цифровые шины данных авионики и инфракрасные системы поиска и сопровождения целей. Благодаря значительному повышению возможностей этих модернизированных истребителей и новых разработок 1990-х годов, отражающих эти новые возможности, они стали известны как самолеты поколения 4.5. Это призвано отразить класс истребителей, которые являются эволюционными обновлениями четвертого поколения, включающими интегрированные комплексы авионики и передовые разработки вооружений, чтобы сделать (в основном) самолеты традиционной конструкции менее заметными и труднообнаружимыми в ответ на развитие ракетных и радиолокационных технологий (см. технологию малозаметности). Существуют встроенные конструктивные особенности, такие как маскировка лопаток турбин и применение передовых, иногда радиопоглощающих материалов, но отсутствуют характерные малозаметные конфигурации новейших самолетов, называемых истребителями пятого поколения или самолетами, такими как Lockheed Martin F-22 Raptor. Соединенные Штаты определяют истребители поколения 4.5 как реактивные истребители четвертого поколения, которые были модернизированы радарами АФАР, высокоскоростной линией связи, улучшенной авионикой и «способностью применять современное и разумно прогнозируемое передовое вооружение». Современными примерами истребителей поколения 4.5 являются Sukhoi Su-30SM/Su-34/Su-35, Shenyang J-15B/J-16, Chengdu J-10C, Mikoyan MiG-35, Eurofighter Typhoon, Dassault Rafale, Saab JAS 39E/F Gripen, Boeing F/A-18E/F Super Hornet, Lockheed Martin F-16E/F/V Block 70/72, McDonnell Douglas F-15E/EX Strike Eagle/Eagle II, HAL Tejas MK1A, CAC/PAC JF-17 Block 3 и Mitsubishi F-2.

The fourth generation fighter is a class of jet fighters in service from around 1980 to the present, and represents design concepts of the 1970s. Fourth generation designs are heavily influenced by lessons learned from the previous generation of combat aircraft. Third generation fighters were often designed primarily as interceptors, being built around speed and air to air missiles. While exceptionally fast in a straight line, many third generation fighters severely lacked in maneuverability, as doctrine held that traditional dogfighting would be impossible at supersonic speeds. In practice, air to air missiles of the time, despite being responsible for the vast majority of air to air victories, were relatively unreliable, and combat would quickly become subsonic and close range. This would leave third generation fighters vulnerable and ill equipped, renewing an interest in manoeuvrability for the fourth generation of fighters. Meanwhile, the growing costs of military aircraft in general and the demonstrated success of aircraft such as the McDonnell Douglas F 4 Phantom II gave rise to the popularity of multirole combat aircraft in parallel with the advances marking the so called fourth generation. During this period, maneuverability was enhanced by relaxed static stability, made possible by introduction of the fly by wire (FBW) flight control system, which in turn was possible due to advances in digital computers and system integration techniques. Replacement of analog avionics, required to enable FBW operations, became a fundamental requirement as legacy analog computer systems began to be replaced by digital flight control systems in the latter half of the 1980s. The further advance of microcomputers in the 1980s and 1990s permitted rapid upgrades to the avionics over the lifetimes of these fighters, incorporating system upgrades such as active electronically scanned array (AESA), digital avionics buses, and infra red search and track. Due to the dramatic enhancement of capabilities in these upgraded fighters and in new designs of the 1990s that reflected these new capabilities, they have come to be known as 4.5 generation. This is intended to reflect a class of fighters that are evolutionary upgrades of the fourth generation incorporating integrated avionics suites, advanced weapons efforts to make the (mostly) conventionally designed aircraft nonetheless less easily detectable and trackable as a response to advancing missile and radar technology (see stealth technology). Inherent airframe design features exist and include masking of turbine blades and application of advanced sometimes radar absorbent materials, but not the distinctive low observable configurations of the latest aircraft, referred to as fifth generation fighters or aircraft such as the Lockheed Martin F 22 Raptor. The United States defines 4.5 generation fighter aircraft as fourth generation jet fighters that have been upgraded with AESA radar, high capacity data link, enhanced avionics, and "the ability to deploy current and reasonably foreseeable advanced armaments". Contemporary examples of 4.5 generation fighters are the Sukhoi Su 30SM/Su 34/Su 35, Shenyang J 15B/J 16, Chengdu J 10C, Mikoyan MiG 35, Eurofighter Typhoon, Dassault Rafale, Saab JAS 39E/F Gripen, Boeing F/A 18E/F Super Hornet, Lockheed Martin F 16E/F/V Block 70/72, McDonnell Douglas F 15E/EX Strike Eagle/Eagle II, HAL Tejas MK1A, CAC/PAC JF 17 Block 3, and Mitsubishi F 2.

Выступление

В то время как первые реактивные истребители третьего поколения (например, F-4 и МиГ-23) проектировались как перехватчики с вторичным упором на маневренность, самолеты четвертого поколения стремятся к балансу, и большинство конструкций, таких как F-14 и F-15, способны выполнять перехват целей за пределами визуальной дальности (BVR), сохраняя при этом высокую маневренность в случае сближения на короткие дистанции. Хотя компромиссы в проектировании боевых самолетов вновь смещаются в сторону ведения боя за пределами визуальной дальности (BVR), управления растущим объемом информационных потоков в современной боевой обстановке и снижения заметности, возможно, в ущерб маневренности в ближнем бою, применение управляемого вектором тяги позволяет ее поддерживать, особенно на малых скоростях. Ключевые усовершенствования, повышающие маневренность самолетов четвертого поколения, включают высокую тягу двигателя, мощные органы управления и ослабленную статическую устойчивость (ОСУ), последняя из которых реализована благодаря системе электронного управления с помощью бортового компьютера ("fly-by-wire"). Воздушный бой также требует эффективного управления энергией для поддержания скорости и высоты в быстро меняющихся условиях полета.

Позвольте мне сделать это.

Fly by wire – термин, используемый для описания компьютеризированной автоматизации органов управления полетом. Ранние истребители четвертого поколения, такие как F-15 Eagle и F-14 Tomcat, сохранили электромеханическую систему управления полетом на основе гидравлики. Поздние истребители четвертого поколения стали широко использовать технологию fly by wire. General Dynamics YF-16, впоследствии разработанный в F-16 Fighting Falcon, стал первым в мире самолетом, намеренно спроектированным с небольшой аэродинамической неустойчивостью. Эта техника, называемая расслабленной статической устойчивостью (RSS), была применена для дальнейшего повышения летных характеристик самолета. Большинство самолетов проектируются с положительной статической устойчивостью, которая заставляет самолет возвращаться к исходному положению после воздействия возмущения. Однако положительная статическая устойчивость, то есть тенденция сохранять текущее положение, препятствует маневрированию пилота. Самолет с отрицательной статической устойчивостью, напротив, в отсутствие управляющего воздействия легко отклоняется от горизонтального и управляемого полета. Таким образом, неустойчивый самолет может быть более маневренным. Для такого самолета четвертого поколения требуется компьютеризированная система управления полетом FBW (FLCS) для поддержания заданной траектории полета. Некоторые поздние модификации ранних типов, такие как F-15SA Strike Eagle для Саудовской Аравии, включали модернизацию до системы FBW.

Векторный поток тяги

Векторизация тяги была первоначально применена на самолете Hawker Siddeley Harrier для вертикального взлета и посадки, и пилоты вскоре разработали технику "виффинга", или векторизации в горизонтальном полете, для повышения маневренности. Первым самолетом с фиксированным крылом, продемонстрировавшим повышенную маневренность таким образом, стал Су-27 – первый самолет, публично продемонстрировавший векторизацию тяги по тангажу. В сочетании с тяговооруженностью выше единицы, это позволило ему поддерживать почти нулевую воздушную скорость при больших углах атаки, не сваливаясь, и выполнять новые фигуры высшего пилотажа, такие как "Кобра Пугачева". Трехмерные управляющие сопла TVC самолета Су-30МКИ установлены с отклонением в 32° наружу от продольной оси двигателя (то есть в горизонтальной плоскости) и могут отклоняться на ±15° в вертикальной плоскости. Это создает спиральный эффект, дополнительно повышающий маневренность самолета при поворотах. МиГ-35, оснащенный двигателями РД-33ОВТ с управляемыми соплами, стал первым двухдвигательным самолетом с соплами, способными отклоняться в двух плоскостях (то есть, с 3D TVC). Другие существующие самолеты с векторизацией тяги, такие как F-22, имеют сопла, отклоняющиеся только в одной плоскости. Эта технология была установлена на Су-47 "Беркут" и его последующих модификациях. США рассматривали возможность установки этой технологии на F-16 и F-15, но ее внедрение произошло только с появлением самолетов пятого поколения.

Суперкруиз

Суперкруиз – это способность реактивного самолета поддерживать крейсерский полет на сверхзвуковых скоростях без использования форсажной камеры. Поддержание сверхзвуковой скорости без включения форсажа позволяет значительно экономить топливо, увеличивая дальность и продолжительность полета, однако доступная тяга двигателя ограничена, а сопротивление воздуха резко возрастает в трансзвуковой области. Поэтому необходимо минимизировать элементы, создающие сопротивление, такие как внешние подвески и точки их крепления, предпочтительно используя внутренние отсеки вооружения. Eurofighter Typhoon способен крейсерствовать со скоростью около 1,2 Маха без форсажа, а максимальная скорость полета без включения форсажа составляет 1,5 Маха. Во время сингапурских испытаний самолет EF T1 DA (тренировочная версия самолета-разработчика) продемонстрировал суперкруиз (1,21 М) с двумя ракетами малой дальности SRAAM, четырьмя ракетами средней дальности MRAAM и подвесным топливным баком (плюс 1 тонна оборудования для летных испытаний и дополнительно 700 кг веса, обусловленного тренировочной версией).

Авионика

Авионику часто можно заменять по мере появления новых технологий; она часто модернизируется в течение всего срока службы самолета. Например, F-15C Eagle, впервые поступивший в производство в 1978 году, получил обновления в 2007 году, такие как радар AESA и совместная система целеуказания, интегрированная со шлемом, и планируется получить модернизацию 2040C для поддержания его эксплуатации до 2040 года. Основным сенсором для всех современных истребителей является радар. США развернули свои первые модифицированные F-15C, оснащенные радарами AESA AN/APG-63(V)2, не имеющими движущихся частей и способными формировать более узкий луч и выполнять более быстрое сканирование. Позже он был внедрен на F/A-18E/F Super Hornet и F-16 Block 60 (экспортный вариант), и будет использоваться на перспективных американских истребителях. Франция представила свой первый национальный радар AESA, RBE2 AESA, разработанный компанией Thales в феврале 2012 года для использования на Rafale. RBE2 AESA также может быть установлен в качестве модернизации на Mirage 2000. Европейский консорциум GTDAR разрабатывает радар AESA Euroradar CAPTOR для будущего использования на Typhoon. Для истребителей нового поколения F-22 и F-35 США будут использовать средства снижения вероятности перехвата. Это позволит распределить энергию радиолокационного импульса по нескольким частотам, чтобы не активировать системы предупреждения о радиолокационном излучении, которыми оснащены все самолеты. В ответ на растущий акцент США на малозаметные конструкции, снижающие радиолокационную заметность, Россия обратилась к альтернативным сенсорам, с упором на оптико-локационные станции (IRST), впервые примененные на американских истребителях F-101 Voodoo и F-102 Delta Dagger в 1960-х годах для обнаружения и сопровождения воздушных целей. Они измеряют инфракрасное излучение от целей. Как пассивный сенсор, он имеет ограниченную дальность и не содержит встроенных данных о положении и направлении целей – эти параметры должны быть определены на основе полученных изображений. Для компенсации этого системы IRST могут включать лазерный дальномер для обеспечения полного решения задачи управления огнем для стрельбы из пушки или запуска ракет. С использованием этого метода, немецкие МиГ-29, оснащенные системами IRST с индикацией на шлеме, смогли захватить цель ракетой с большей эффективностью, чем F-16 ВВС США в ходе тактических учений. Датчики IRST теперь стали стандартным оборудованием на российских самолетах. Важной тактической особенностью является канал передачи данных. Все современные европейские и американские самолеты способны обмениваться данными о целях с союзными истребителями и самолетами ДРЛО (AWACS) (см. JTIDS). Российский перехватчик МиГ-31 также обладает определенными возможностями передачи данных. Обмен данными о целях и сенсорной информацией позволяет пилотам размещать излучающие, хорошо заметные сенсоры на большем удалении от сил противника, одновременно используя эти данные для наведения бесшумных истребителей на противника.

Avionics can often be swapped out as new technologies become available; they are often upgraded over the lifetime of an aircraft. For example, the F 15C Eagle, first produced in 1978, has received upgrades in 2007 such as AESA radar and joint helmet mounted cueing system, and is scheduled to receive a 2040C upgrade to keep it in service until 2040. The primary sensor for all modern fighters is radar. The U. S. fielded its first modified F 15Cs equipped with AN/APG 63(V)2 AESA radars, which have no moving parts and are capable of projecting a much tighter beam and quicker scans. Later on, it was introduced to the F/A 18E/F Super Hornet and the block 60 (export) F 16 also, and will be used for future American fighters. France introduced its first indigenous AESA radar, the RBE2 AESA built by Thales in February 2012 for use on the Rafale. The RBE2 AESA can also be retrofitted on the Mirage 2000. A European consortium GTDAR is developing an AESA Euroradar CAPTOR radar for future use on the Typhoon. For the next generation F 22 and F 35, the U. S. will use low probability of intercept capacity. This will spread the energy of a radar pulse over several frequencies, so as not to trip the radar warning receivers that all aircraft carry. In response to the increasing American emphasis on radar evading stealth designs, Russia turned to alternate sensors, with emphasis on IRST sensors, first introduced on the American F 101 Voodoo and F 102 Delta Dagger fighters in the 1960s, for detection and tracking of airborne targets. These measure IR radiation from targets. As a passive sensor, it has limited range, and contains no inherent data about position and direction of targets—these must be inferred from the images captured. To offset this, IRST systems can incorporate a laser rangefinder in order to provide full fire control solutions for cannon fire or for launching missiles. Using this method, German MiG 29 using helmet displayed IRST systems were able to acquire a missile lock with greater efficiency than USAF F 16 in wargame exercises. IRST sensors have now become standard on Russian aircraft. A computing feature of significant tactical importance is the datalink. All modern European and American aircraft are capable of sharing targeting data with allied fighters and AWACS planes (see JTIDS). The Russian MiG 31 interceptor also has some datalink capability. The sharing of targeting and sensor data allows pilots to put radiating, highly visible sensors further from enemy forces, while using those data to vector silent fighters toward the enemy.

Невидимка

В то время как основные принципы придания самолетам формы для снижения заметности на радарах были известны с 1960-х годов, появление радиопоглощающих материалов позволило создать самолеты с существенно уменьшенной эффективной площадью рассеяния (ЭПР), что стало практически осуществимым. В 1970-х годах ранние технологии стелс привели к созданию многогранного фюзеляжа штурмовика Lockheed F-117 Nighthawk. Многогранность отражала радиолучи в строго определенных направлениях, вызывая кратковременные "мерцания", которые системы обнаружения того времени обычно принимали за шум. Однако даже с применением цифровой электродистанционной системы управления (ЭДСУ) для повышения устойчивости и управляемости, аэродинамические потери были значительными, и F-117 использовался преимущественно для ночных атак по наземным целям. Технологии стелс также направлены на снижение инфракрасной, визуальной и акустической заметности самолета. В настоящее время KF-21 Boramae, хотя и не классифицируется как истребитель пятого поколения, обладает значительно большей скрытностью, чем другие истребители четвертого поколения.

4,5 поколения

Термин 4.5 поколения часто используется для обозначения новых или модернизированных истребителей, появившихся начиная с 1990-х годов, которые включали в себя некоторые характеристики, считающиеся относящимися к пятому поколению, но не обладали другими. Таким образом, истребители поколения 4.5 обычно дешевле, менее сложны и имеют более короткий цикл разработки, чем самолеты пятого поколения, при этом сохраняя возможности, значительно превосходящие возможности истребителей оригинального четвертого поколения. К таким возможностям могут относиться передовая интеграция сенсоров, радар AESA, возможность сверхзвукового крейсерского полета, сверхманевренность, широкие многоцелевые возможности и уменьшенная радиолокационная заметность. Истребители поколения 4.5 внедрили интегрированные системы IRST, такие как Dassault Rafale, оснащенный интегрированной оптико-локационной станцией переднего сектора (IRST). Eurofighter Typhoon представил IRST PIRATE, который также был установлен на более ранние серийные модели. Super Hornet также был оснащен IRST, однако не в интегрированном виде, а в виде контейнера, который необходимо подвешивать на одну из точек внешней подвески. По мере развития технологий малозаметности материалов и методов проектирования, позволяющих создавать более обтекаемые фюзеляжи, эти технологии стали ретроспективно применяться к существующим истребителям. Многие истребители поколения 4.5 включают в себя некоторые элементы малозаметности. Технология снижения радиолокационной заметности стала важным достижением. Пакистанско-китайский JF-17 и китайский Chengdu J-10B/C используют сверхзвуковой воздухозаборник без отклоняющего устройства, в то время как индийский HAL Tejas использует углеродный композит в производстве. IAI Lavi использовал воздухозаборник S-образного типа для предотвращения отражения радиоволн от лопаток компрессора двигателя, что является важным аспектом истребителей пятого поколения для снижения эффективной площади рассеяния (ЭПР) в переднем секторе. Это лишь некоторые из предпочтительных методов, используемых в некоторых истребителях пятого поколения для снижения ЭПР. KAI KF-21 Boramae – совместная южнокорейско-индонезийская программа по созданию истребителя, функциональность модели Block 1 (первый прототип для летных испытаний) была описана как относящаяся к 4.5 поколению.