Создание J-20 ознаменовало важнейший успех китайской авиационной промышленности. И дело вовсе не в том, что официальная китайская пресса именует его истребителем 5-го поколения. Это первый военный самолет, созданный в  Китае, у которого нет прямого прототипа. Скептикам стоит напомнить, что советских авиаконструкторов обвиняли в плагиате вплоть до середины 1980-х

Первые сведения в российской печати о том, что в Китае ведется разработка нового истребителя 5-го поколения, появились летом 2009 года. Тогда считалось, что им станет J-10B с двумя двигателями. В декабре того же года во время визита в Москву китайская делегация затронула тему закупок двигателей для нового тяжелого истребителя. Стало очевидным, что в Китае ведутся работы по созданию принципиально новой машины.

Самолет проектируется под руководством конструктора Янг Вея в Chengdu Aircraft Corporation (CAC), в которой до этого были разработаны FC-1 и J-10. Для справки, Янг Вей получил высшее образование в  19  лет, а уже в 35 стал главным конструктором.

От одного раунда переговоров к другому росло понимание вопроса китайскими товарищами  - и их запросы. Стало известно, что новый истребитель проектируется под два двигателя тягой на режиме полного форсажа в 14 тс. Детали переговоров, появившиеся в сети, анализ поставок деталей АЛ-31 в Китай, а также фотографии J-20 позволяют сделать интересные выводы о конструкции самолета.

Мотор с разборки

Моторов собственной разработки с требуемым классом тяги у Китая нет. Для самолетов Ил-76 импортируются двигатели Д-30 производства НПО «Сатурн», но это бесфорсажный мотор. В принципе, китайцы могут самостоятельно модернизировать его, чтобы получить более современный аналог двигателя Д-30Ф6 с форсажной камерой. Бесфорсажная тяга такого мотора может составить 9,5−10 тс, форсажная — 16−16,5 тс. Не исключено, что размеры мотогондол J-20 позволяют установить на самолет столь крупные двигатели. Данных о проведении таких работ нет, зато нарастает активность Китая в другом направлении.

Китайцы покупают в виде россыпи лопатки и диски турбин, покрывные диски, жаровые трубы для АЛ-31Ф (изделия 99В и 39). Количества закупаются явно не ремонтные: сумма поставок достигает $100 млн в год. В  Россию из Китая не возвращается ничего, не поступает никаких рекламаций. Все агрегаты и блоки остаются на прекрасно оснащенном ремонтном заводе «Лимин» и там восстанавливаются.

В ближайшее время Китай планирует также закупить на ММПП «Салют» 250 обычных двигателей АЛ-31ФН (изделие 39). Есть сведения о попытках китайцев разработать собственные компрессоры низкого (КНД) и высокого (КВД) давления для двигателей класса АЛ-31. Приделав к газогенератору АЛ-31ФН (изделие  39), собранному на основе поставляемой из России россыпи деталей, вновь разработанный КНД увеличенной производительности по расходу воздуха, с большей степенью повышения давления, в Китае потенциально могут получить до 15,5 тс тяги на полном форсаже и 9 тс максимальной тяги на бесфорсажном режиме.

Двигатели должны будут закупаться со всеракурсным соплом с управлением вектором тяги (УВТ) типа КЛИВТ совместной разработки ММПП «Салют» и  НПО им. Климова. Применение всеракурсного УВТ на двухдвигательном самолете, по мнению китайцев, поможет преодолеть родовую болячку Су-30 МКИ — сваливание на хвост в низкоскоростных маневрах с большими углами атаки и  крена.

Плюс всеракурсного УВТ в российском исполнении состоит в том, что сопла могут поворачиваться несимметрично и незеркально. К примеру, одно сопло может отклоняться в то время, как второе стоит ровно. Это расширяет возможности повышения маневренности. Запрашиваемые китайцами параметры угла поворота и скорости перекладки сопла говорят о том, что они собираются использовать УВТ для газодинамического управления самолетом — например, для снижения балансировочного сопротивления или повышения путевой устойчивости. Это подтверждает и цельноповоротное вертикальное оперение относительно небольшого размера.

Электронный концепт-план

Глядя на размеры самолета, сравнительно небольшое крыло и выбранные для него двигатели, трудно поверить, что это истребитель для завоевания превосходства в воздухе. Тяга двигателей в 14 тс недостаточна для достижения тяговооруженности, сопоставимой с другими истребителями 5-го поколения.

По‑видимому, речь идет о носителе агрегатов и демонстраторе технологий. Самолет имеет длину, сравнимую с  С-37 или МиГ-1.42. Осведомленные специалисты прозвали предшественника «Дракона» J-10 за его не самые выдающиеся маневренные качества «зубилом». J-20 еще дальше ушел от концепции легкого маневренного самолета с расширенными ударными функциями, каким был израильский LAVI, послуживший прототипом для J-10. Таким образом, скорее всего речь идет о развитии линии многоцелевых самолетов J-8II — J-9. И надо признать, что в этом направлении Китай сделал огромный шаг вперед.

На J-20 решили опробовать целый ряд новинок, появившихся на западных самолетах 4 и 5-го поколений. Например, в перспективе самолет будет оснащен электрической системой дистанционного управления (ЭДСУ) без дублирующей механической или гидравлической системы. Все электрические системы и бортовое оборудование планируется объединить сетью Ethernet. Личность руководителя проекта Янг Вэя отчасти объясняет это смелое и весьма спорное техническое решение. Управленец по квалификации, он до тонкостей понимает такие вещи, как информационный протокол. Ряд систем и элементов, например беспереплетный фонарь, уже изготовлены на серийном оборудовании. Правда, пока непонятно, какова прочность данного фонаря.

Под крыльями J-20 видны большие обтекатели гидравлических приводов аэродинамических поверхностей, похожие на такие же обтекатели у МиГ-1.42. Их размеры позволяют предположить, что гидросистема J-20 работает на давлениях 21−28 МПа.

В ходе переговоров китайская делегация высказала пожелание закупить двигатели АЛ-31 новой серии с вдвое более мощной коробкой самолетных агрегатов. Мощность КСА в 500 кВт свидетельствует о повышении энергоемкости борта. Предполагаемый режим работы со скачкообразным ростом потребляемой мощности (общей продолжительностью 1 минута, два раза за полный ресурс двигателя) наводит на мысль о применении на J-20 мощной активной системы радиоэлектронного противодействия или создания эффекта малозаметности в различных диапазонах длин волн при помощи электромагнитных излучателей.

Утка — не птица

С точки зрения аэродинамики самолет оставляет противоречивое впечатление. Китайские конструкторы явно задались целью скрупулезно следовать правилу площадей, что необходимо для снижения волнового сопротивления на сверхзвуковых скоростях, и максимально обжали гаргрот фюзеляжа за фонарем кабины. Но также просматривается желание выделить достаточно места для большого отсека вооружений между каналами воздухозаборника вблизи от центра тяжести. При этом не очень понятно, где у J-20 расположены топливные баки. Возможно, большая дальность ему и не требуется: до Тайваня от Китая не так далеко.

Выбранная для J-20 балансировочная схема «утка» с разнесенными на большое расстояние передним горизонтальным оперением (ПГО) и высоко расположенным крылом в наибольшей степени заслуживает критики. На современных самолетах схема «утка» в чистом виде давно не применяется. Причина в органически присущем ей недостатке, известном под названием «тенденция к клевку» на критических углах атаки.

В настоящее время встречаются две основные разновидности продольной балансировочной схемы с  ПГО. Первая — «утка» с близко расположенным передним оперением, или, как ее еще называют, «биплан-тандем». По такой схеме построены шведские истребители фирмы SAAB. Вторая — «бесхвостка» с дополнительным ПГО. Близко расположенное ПГО в некоторой степени эквивалентно корневому наплыву крыла, поскольку также препятствует смещению аэродинамического фокуса (точки приложения равнодействующей аэродинамических сил) назад. Кроме того, оно увеличивает подъемную силу крыла на больших углах атаки. Применение близко расположенного ПГО на малозаметных самолетах может быть оправданным, поскольку позволяет сделать все передние кромки несущих поверхностей параллельными друг другу.

Однако на J-20 ничего этого нет. ПГО разместили таким образом, чтобы максимально высвободить место под отсеки вооружений в центральной части фюзеляжа, в районе центра тяжести. Такое же решение использовано на С-37, но там крыло имеет обратный угол стреловидности. У J-20 ПГО имеет отрицательный начальный угол установки, а  также небольшой положительный поперечный угол крыла. Последнее предотвращает попадание вихревых жгутов, имеющих пониженное давление, под высоко расположенное основное крыло. В результате передние и боковые кромки крыла и ПГО оказались не параллельными друг другу, что противоречит идеологии «стелс». Таким образом, желание выделить побольше места под отсек вооружений привело к неоптимальному сочетанию схемы высокоплана с продольной балансировочной схемой «утка». С другой стороны, увеличение отношения длины фюзеляжа к его миделю примерно на 20% по сравнению с Т-50 и F-22 непосредственно указывает на желание улучшить аэродинамические характеристики самолета на небольших сверхзвуковых скоростях и одновременно увеличить его транспортную эффективность. Все это вместе говорит в пользу того, что мы имеем дело с перехватчиком, второй функцией которого, судя по всему, является атака авианосных соединений. Невысокая тяговооруженность, а также сравнительно небольшое по площади крыло, сильно смещенное назад, не позволяют надеяться не приемлемую маневренность в воздушном бою.

Пятерка с минусом

Проектировщики попытались применить ряд модных технических решений, чтобы сделать самолет похожим на представителя 5-го поколения: воздухозаборник с разворотом пограничного слоя, автоматически отклоняемые цельноповоротные кили, поверхности предварительного сжатия потока в носовой части фюзеляжа.

Для сравнения напомним, что позволяет отнести к самолетам 5-го поколения американский F-22 «Раптор» и  российский Су ПАК ФА (T-50). У «Раптора» это высокая скорость выхода на продольную и поперечную перегрузку (в два раза лучше, чем у F-16), управляемый вектор тяги, интегрированный с системой управления самолетом. Автоматическое отклонение плоского сопла существенно расширяет запас управляемости по углу атаки, а также увеличивает скорость вращения вокруг вектора скорости на больших углах атаки.

F-22 также имеет сверхзвуковую крейсерскую скорость полета, которая достигается на бесфорсажном режиме работы двигателя. И конечно, F-22 труднообнаружим для бортовых радиолокационных станций самолетов 4-го поколения, что неоднократно было продемонстрировано на учениях. Таким образом, американским специалистам удалось создать самолет, существенно превосходящий в ближнем воздушном бою истребители 4-го поколения  F-16 и F-15.

На российском Т-50 применен весь арсенал последних достижений аэродинамики и динамики полета. Это и  управляемые сверхзвуковые воздухозаборники с пространственным сжатием потока, хорошо работающие как на больших углах атаки, так и при больших углах скольжения. И  маленькие цельноповоротные кили, автоматически отклоняющиеся для обеспечения путевой устойчивости. И  подвижные части наплыва крыла; оригинальная схема горизонтального оперения, утопленного в крыло; оптимальное разнесение двигателей со всеракурсными соплами. Все это вкупе с большим количеством подвижных аэродинамических поверхностей обеспечивает непосредственное управление аэродинамическими силами по всем координатам.

Сочетание оптимального распределения площадей по длине самолета с эффективными управляемыми воздухозаборниками обеспечивает Т-50 высокую сверхзвуковую крейсерскую скорость, которая, по оценкам, может достигать М = 1,8 (М — число Маха, равняется отношению скорости полета к скорости звука). Двигатель 117, установленный на российском самолете, по сравнению с АЛ-31Ф имеет увеличенную до 15 тс тягу на форсаже. На нем применены новый КНД с расходом воздуха 123 кг/с, новая турбина и  другие узлы, имеющие улучшенные характеристики. Расход воздуха через воздухозаборник Т-50 ограничен величиной около 130 кг/с — следовательно, при увеличении диаметра вентилятора можно рассчитывать на достижение тяги 16 тс на чрезвычайном режиме. Рекордная тяговооруженность даже с двигателем первого этапа в сочетании с очень большой площадью крыла гарантируют Т-50 непревзойденную маневренность.

На фоне конкурентов J-20 выглядит аутсайдером. Вероятно, на его компоновку оказали сильное влияние российские экспериментальные самолеты МиГ-1.42 и С-37. Сравнение оформления хвостовых частей J-20 и МиГ-1.42 говорит о прямом заимствовании схемы, разработанной в  ЦАГИ. Расположение верхних и нижних килей на выносных балках, идущих вдоль фюзеляжа, отличается от соответствующих схем 1.42 и Су-27 только углом развала. Следует отметить, что на всех новых самолетах от подфюзеляжных килей отказались, поскольку такая схема явно не соответствует современным представлениям о малозаметности.

Дорогу осилит идущий

Приведенный выше анализ показывает, что в случае с J-20 мы пока имеем дело с носителем агрегатов, предназначенным для демонстрации технологий. Это самолет, способный развивать сверхзвуковую скорость, но не предназначенный для длительных полетов с М > 1 на бесфорсажных режимах работы двигателей. Появившиеся в сети заявления, что на самолете установлен китайский двигатель WS-10 или WS-15, не соответствуют действительности: фотографии однозначно указывают на то, что на первом экземпляре J-20 стоит обычный АЛ-31ФН. В то же время воздухозаборники явно избыточного размера предполагают возможность установки в будущем двигателей с  расходом воздуха более 130 кг/с. Следовательно, можно ожидать достижения максимальной скорости полета до М = 2.

Аэродинамическая схема J-20 противоречива. Явно преобладает желание иметь крупный отсек вооружений, расположенный близко к центру масс самолета. Трудно представить, что получившаяся схема с недостаточной площадью крыла, рудиментами в  виде подфюзеляжных килей и кромками ПГО, не параллельными передней кромке крыла, может оказаться маневренной и малозаметной.

С другой стороны, принятая схема без проблем позволит J-20 летать на больших углах атаки. Возможно, китайские специалисты надеются в будущем повысить маневренность самолета с помощью УВТ. Однако выбор всеракурсного сопла при столь близком расположении двигателей друг к другу представляется неэффективным. Хотелось бы знать, учитывали ли китайские специалисты такую проблему, как донное сопротивление. Взаимное влияние сверхзвуковых струй друг на друга может привести к сильным возвратным течениям в сторону донной части фюзеляжа и  негативному влиянию на элементы конструкции самолета.

Несмотря на очевидные недостатки J-20, нужно признать, что Китай сделал огромный шаг вперед в развитии авиационной науки и техники. Исследования ведутся широким фронтом и сразу во всех направлениях. Складывается впечатление, что китайское руководство, не считаясь с затратами, задалось целью найти оптимальные пути развития путем перебора всех возможных вариантов. Так же действовали в СССР накануне Второй мировой войны. Сегодня Китай уже не закупает за рубежом тяжелые наземные вооружения, завтра он не будет покупать и самолеты. Темпы развития китайской авиационной промышленности впечатляют и заставляют задуматься.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№3, Март 2011).