Равновесие - это наиболее часто употребляемое слово в отношении программы F-22. Самолет является компромиссом, равновесием таких качеств, как боевая эффективность, неуязвимость, простота обслуживания, быстрота реакции и пр. Сочетать все это было крайне сложно.
Изначально основным требованием было сочетание малой заметности, высокой скорости и маневренности в самолете, который по боевой эффективности и простоте обслуживания будет как минимум вдвое превосходить машину, для замены которой он предназначен. Некоторые качества было просто уравновесить - например, требование разместить все топливо во внутренних баках, без ПТБ на внешней подвеске, что уменьшало радиолокационную заметность и сопротивление в сверхзвуковом крейсерском полете. Крейсерский режим работы двигателей на сверхзвуке минимизировал время использования форкамер и снижал ИК заметность. А.вот сочетание малой заметности с высокой маневренностью было более проблематично.
Когда в августе 1990 г. на заводе «СканкУоркс» изготовили первый прототип F-22, стал ясен подход фирмы «Локхид-Мартин» к проблеме уравновешивания требований. Форма самолета оптимизирована для снижения ЭПР, все кромки и внешние углы ориентированы параллельно передней и задней кромкам крыла, а для повышения маневренности самолет имел четыре поверхности оперения, отклоняемый вектор тяги и высокий каплевидный фонарь.
Шерм Маллин, бывший ответственный за этап начальной разработки самолета F-22, а ныне президент «Сканк Уоркс», сказал, что в 1987 г. самолет претерпел радикальное перепроектирование, занявшее три месяца.
Это произошло после того, как схема, предложенная изначально, оказалась «неприемлемой как с технической точки зрения, так и с точки зрения конкурса». Внешние отличия F-22 от прототипа минимальны.
Основными идеями, заложенными в проекте, являются интегрированные аэродинамика и двигательная установка - для достижения сверхзвуковой крейсерской скорости и маневренности, плавный переход от крыла к фюзеляжу для увеличения эффективности конструкции и роста объема внутренних топливных баков, форма, способствующая уменьшению ЭПР, а также конструкция воздухозаборников, способствующая росту характеристик и скрытности и одновременно конструктивно простая.
Форма крыла в плане, приближающаяся к ромбической, была выбрана благодаря своей простоте и прочности и большому объему баков-кессонов, в то время как относительно большая площадь крыла увеличивает маневренность и улучшает взлетно-посадочные характеристики (ВПХ). Механизация крыла включает в себя предкрылки по всей передней кромке, а также элероны и флапероны на задней кромке.
Четыре поверхности хвостового оперения обеспечивают управление в диапазоне, необходимом для достижения «безграничной» маневренности. Сопла с управляемым вектором тяги (УВТ) играют роль дополнительного горизонтального оперения (ГО). По словам Маллина, УВТ добавил 15-25 кг веса соплу, в то время как эквивалентное увеличение площади ГО добавило бы 180 кг веса. УВТ осуществляется только по тангажу и всегда симметрично. На больших углах атаки УВТ используется для управления по тангажу, в то время как стабилизатор - для управления по крену.
Шеф-пилот F-22 Пол Метц отмечает, что УВТ увеличивает эффективность ГО. Самолет спроектирован таким образом, чтобы управляться аэродинамическими поверхностями во всем диапазоне углов атаки, но при больших значениях угла атаки УВТ гораздо лучше. Система УВТ задействована постоянно, но применяется только на малых скоростях и больших углах атаки, и далеко не всегда - в бою. УВТ используется на взлете и посадке, а также для уменьшения нагрузки на носовую стойку шасси при подвеске ПТБ», - комментирует Метц.
Створки воздухозаборников - отсекатели погранслоя также используются для управления по тангажу. Воздухозаборники не имеют подвижных клиньев, несмотря на то, что максимальное число Маха для самолета больше 2. Створки имеют пилообразную переднюю кромку для уменьшения ЭПР, а каналы спроектированы так, чтобы полностью исключить прямую видимость первой ступени компрессора.
ВООРУЖЕНИЕ САМОЛЕТА
Команда проектировщиков комплекса вооружения отлично справилась с требованиями по весу и стоимости, при этом имея в виду, что F-22 должен будет выполнять задания, связанные не только с воздушным боем.
Во-первых, это будут задания по бомбометанию с повышенной точностью с использованием КАБ JDAM.
Несмотря на то что основное вооружение самолета находится на внутренней подвеске, имеется возможность подвешивать под крыло четыре пилона для ракет и ПТБ, что расширяет возможности самолета.
В основном подфюзеляжном отсеке вооружения можно разместить 4 УР AIM-120А или 6 УР «компактного хранения» AIM-9M. Имеется 20-мм пушка с боекомплектом 480 снарядов. В настоящее время основным вооружением является ракета AIM-120A, но к моменту поступления на вооружение самолета в серии будет ракета AIM-120C с уменьшенными аэродинамическими поверхностями. Каждая дополнительная ракета добавляет 160 кг собственного веса и 45 кг веса пускового устройства.
Пусковое устройство вертикально выстреливающего типа фирмы ЕДО для ракет AIM-120 пришло на смену трапеции, установленной на прототипах. В результате уменьшилась длина отсека вооружения и был сэкономлен вес. Требования к пуску весьма высоки - ракета должна выйти из отсека при любом положении самолета и скорости полета без тряски и разворотов - места в отсеке очень мало. Пусковое устройство должно вытолкнуть ракету наружу через «бетонную стену» пограничного слоя на сверхзвуке.
Устройство имеет ход 230 мм и выстреливает ракету менее чем за секунду. Привод - смешанный, пневмогидравлический. Выдвижение пускателя производится пневмоцилиндром, сход ракеты - гидротолкателем, после чего пускатель убирается. Закрывание створок отсека возможно после схода ракеты и при выдвинутом пускателе. Выдвигание пускателя происходит с перегрузкой 40 единиц и скоростью выдвигания 8,1 м/с. Для техобслуживания на земле предусмотрен медленный режим.
Трапеция запуска ракет AIM-9 разработана фирмой «Локхид-Мартин». В основу ее положена конструкция пускового рельса на законцовке крыла самолета F-16. Трапеция выдвигает ракету в поток, но не отстреливает ее. Ракета выдвигается из отсека передней частью наружу - вниз, под небольшим углом к диаметральной плоскости самолета, для увеличения угла обзора ИК ГСН. Ракета стартует с рельса, газы из ее сопла отражаются наружу с помощью дефлектора, предохраняющего от повреждений отсек электроники, находящийся за отсеком для AIM-9. Для установки на самолет новых ракет AIM-9X потребуются лишь незначительные изменения.
В начале 1999 г. ВВС США выдали фирмам «Локхид-Мартин» и «Боинг» задание на разработку мер по расширению тактических возможностей этого самолета.
По своим функциональным возможностям самолет F-22 до сих пор является истребителем воздушного боя с достаточно ограниченными возможностями по поражению наземных целей. Из оружия класса «воздух-земля» он может нести лишь две перспективные КАБ JDAM калибра 450 кг (на внутренней подвеске), при этом возможности по ведению дальнего ракетного воздушного боя резко снижаются, так как помимо бомб в основном грузоотсеке самолета может быть размещено лишь две ракеты AMRAAM, а внешняя подвеска вооружения предусматривается лишь при его транспортировке в перегоночном варианте. Измерения ЭПР самолета F-22 с ракетами на внешней подвеске показали недопустимое возрастание величины ЭПР, сводящее на нет малую радиолокационную заметность самолета, его основной «козырь» в воздушном бою и при преодолении ПВО.
В ходе работ по расширению тактических возможностей F-22 был рассмотрен 31 вариант сценария боевого вылета на боевое применение КАБ JDAM. Результатом работ явилась разработка изменений и дополнений к программному обеспечению БЦВМ самолета, а также придание ему возможности нести бомбовые кассеты, снаряженные миниатюрными высокоточными самокорректирующимися боеприпасами, такими как 115-кг легкая перспективная КАБ.
Данные изменения будут внедрены, скорее всего, на самолетах пятой серии, серийное производство которых планируется начать в 2006 г. КАБ JDAM будут способны нести самолеты четвертой серии.
Конечной целью работ по расширению тактических возможностей самолета F-22, по словам менеджера программы Роберта Ричардсона, будет полная замена ударных самолетов F-15Е и F-117 истребителями F-22 с расширенными тактическими возможностями. Таким образом, по окончании выпуска 339 самолетов F-22, идущих на замену истребителям F-15C, серийное производство может быть продолжено, что обеспечит максимальную унификацию парка истребительной и тактической ударной авиации США.
Узлы внешней подвески предполагается применять для перегоночных полетов или при ведении боевых действий в конфликтах малой интенсивности. На них можно разместить четыре сбрасываемых пилона грузоподъемностью по 2270 кг. Под каждым из них можно разместить по подвесному топливному баку (ПТБ) емкостью 2270 л. Кроме баков под каждый пилон можно подвесить по две ракеты AMRAAM в транспортировочной конфигурации - без оперения. Альтернативная подвеска под каждый пилон включает в себя две ракеты AMRAAM или АIM-9 в боевой конфигурации, или одну бомбу JDAM. Пилоны один раз подверглись радикальной модернизации для преодоления флаттера.
Вместо планировавшихся ранее к использованию ПТБ от самолета F-15 в настоящее время разрабатываются новые баки - внешне такие же, но с возможностью внутренней перекачки топлива для поддержания положения центра масс (ЦМ).
Над правым воздухозаборником, за дверцами-створками, открывающимися для стрельбы, расположена модернизированная облегченная пушка М61А-2. За основным отсеком вооружения, в центре масс самолета, находится снарядный отсек с системой беззвеньевой подачи боекомплекта разработки «Локхид-Мартин». Стреляные гильзы возвращаются в отсек для минимального изменения положения ЦМ и для предотвращения повреждения конструкции самолета выброшенными за борт гильзами.