«Адский косильщик»: Нереализованный проект опытного штурмовика специального назначения М-25
Реперной точкой работ по самолёту М-25 «Адский косильщик» («Тема 25. Штурмовой самолёт специального назначения с ударной звуковой волной»), которую сохранила история, следует считать 17 июня 1969 года, когда научно-технический совет МАП (Министерство авиационной промышленности) по предложению академика Владимира Васильевича Струминского, директора ИТПМ (Институт теоретической и прикладной механики СО АН СССР), принял решение о проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по «самолёту специального назначения с ударной волной» (ССН)
Толчком для создания самолёта, способного косить пехоту ударной звуковой волной, послужили события на острове Даманском в марте 1969 года.
Коротко: китайцы напали, пограничники оборонялись. Погибло 58 наших, 94 ранено. Пришлось отступить. Китайцев было очень много. Тогда развернули девизион БМ-21 "Град" и уничтожили захватчиков одним залпом (более 700 маодзедунчиков).
Тогда то и возникла идея создания такого самолёта, который мог выкосить всю неприятельскую пехоту, лишь пролетев над ней на сверхмалой высоте, преодолевая при этом звуковой барьер.
Работа по предварительному выбору параметров штурмового самолета специального назначения (в ОКБ – «Тема 25», ударная звуковая волна) начата на ЭМЗ совместно с институтом теоретической и прикладной механики (ИТПМ) Сибирского отделения АН СССР на основании решения Президиума НТС МАП от 17 июля 1969 года.
В научно-исследовательских и проектных работах принимали участие: ИТПМ, ЭМЗ, ЦАГИ, ЛИИ, ЦИАМ, ИТК, в/ч 48230.
Теоретические и экспериментальные исследования показали, что сверхзвуковые самолеты существовавших схем и размеров могли создавать при полете на сверхзвуковой скорости на высотах 30-50 м ударные волны с перепадом давления Р=500+1000 кг/м2. Что это означает на простом человеческом языке? А вот что – после пролёта такого самолета в результате воздействия ударной звуковой волны у любого живого организма происходил разрыв кровеносных сосудов с мгновенным летальным исходом.
Работы продолжались до 1972 года, были проработаны пять базовых конфигураций самолета М-25, причем пятый вариант имел длину фюзеляжа около 100 м!
В аэродинамических трубах ЦАГИ (Т-112, Т-113) и ИТПМ (Т-313) были продуты модели, получены первые результаты. Тему закрыли в 1972 году и свыше 35 лет материалы этой работы имели гриф «Совершенно секретно».
Для начала разберёмся в физической сущности «ударной волны» .
Понятие «ударной волны»
Ударная волна, по определению из Большой Советской Энциклопедии , - это скачок уплотнения, распространяющаяся со сверхзвуковой скоростью тонкая переходная область, в которой происходит резкое увеличение плотности, давления и скорости вещества.
Прямое воздействие избыточного давления во фронте ударной волны и скоростной напор на здания, сооружения и т. д. приводит к их частичному или полному разрушению. Разрушения зданий, сооружений в зависимости от величины давления могут быть слабыми, средними, сильными и полными.
Степень разрушения производственных комплексов в зависимости от избыточного давления может быть оценена следующем образом:
Для промышленного здания с металлическим или железобетонным каркасом: при избыточном давлении 50...60кПа - сильное, 40...50кПа - среднее, 20...40кПа - слабое.
Для кирпичного многоэтажного здания с остеклением: при избыточном давлении 20...30кПа - сильное, 10...20кПа - среднее, 8..10кПа - слабое.
Для кирпичного одно- двухэтажного здания с остеклением: при избыточном давлении 25...35кПа - сильное, 15...25кПа - среднее, 8...15кПа - слабое.
Для приборных стоек: при избыточном давлении 50...70кПа - сильное, 30...50кПа - среднее, 10...30кПа - слабое.
Для антенных устройств: при избыточном давлении 40кПа - сильное, 20...40кПа - среднее, 10...20кпа - слабое.
Для открытых складов с железобетонным перекрытием: при избыточном давлении 200кПа - сильное.
При полёте обычного самолёта со сверхзвуковой скоростью часть кинетической энергии летящего самолёта затрачивается на создание сложной системы скачков уплотнения и областей высокого и низкого давления. Наиболее интенсивные скачки уплотнения создаёт носовая часть. Последующие возмущения либо догоняют головной скачок, либо настигаются хвостовым скачком. Таким образом, уже на небольшом расстоянии от самолёта система скачков уплотнения превращается в двухскачковую систему. За головным скачком давление воздуха скачкообразно возрастает, а затем резко уменьшается существенно ниже атмосферного. Изложенная для простоты плоская модель в действительности является пространственной и имеет форму конуса.
Опытный штурмовик специального назначения М-25 «Адский косильщик» / Фото: www.dogswar.ru
В ударной волне, создаваемой конструкцией самолёта, происходит высвобождение значительного количества энергии. Это явление знакомо и нередко приводит, даже при полёте самолётов со сверхзвуковой скоростью на большой высоте, к лёгким разрушениям, например, выбитым стеклам и незначительным травмам животных. Причём интенсивность различных воздействий тем больше, чем меньше расстояние до летящего самолёта. Неизбежен вопрос, без которого, как учит история, человечество себя не мыслит - можно ли использовать эту разрушительную энергию в целях создания супер оружия, если усилить эффект. Что делать, от создания средств убийства мир не избавится, надо полагать, никогда. Совершенно очевидно, что всегда найдутся специалисты, которые займутся решением любой проблемы. На основании сказанного горе-информаторы к проекту ССН приклеили прозвище «Адский косильщик», так ведь солдаты ещё в позапрошлом веке прозвали пулемёт сэра Хайрема Максима.
В 20 веке военные задумались, возможно ли от самолёта с ударной волной получить более разрушительный, более массовый результат. К тому же это было время «холодной войны», которое характеризуется как время отчетливого познания человечеством вероятных результатов ядерной бойни и убийственной радиации, хоть до Чернобыля ещё далеко. А ударная волна - это так называемое «чистое оружие», правда, не менее злое, чем ядерное. В этой идее «ястребов» прельщает сохранение поля боя чистым, свободным от радиации, и это при заманчивой перспективе регулировать ширину полосы поражения и её интенсивность, изменяя высоту полета нового оружия.
Во второй половине 60-х годов прошлого столетия в зарубежной открытой печати, да и в менее широких информационных источниках стали появляться скудные сообщения о создании нового вида оружия: специального самолёта с запредельной тяговооруженностью, использующего звуковую ударную волну для нанесения массового урона неприятелю. Дальше всех в создании подобного самолёта продвинулись французские и американские специалисты. К этому времени французы добрались до экспериментальных полётов истребителей «Мираж» 111В [7], американцы до полётов F-104 «Старфайтер» и F-105 «Тандерчиф» на очень малой высоте, а на F-105 они сумели достичь избыточного давления 0.05кг/см2.
А что же наш советский авиапром? Он пошел по пути «надо догонять» и поскакал. Менее чем через месяц после НТС МАП, 15 июля, заместителем Министра авиапрома А.А. Кобзаревым был подписан, а 26 июля командиром в/части 25966 А.А. Пономарёвым (Заместитель Главкома ВВС) согласован план проведения научно-исследовательских и проектных работ по ССН с привлечением ВВС. Круг институтов и организаций МАП и МО (Министерство обороны), вовлечённых в новую работу, значительно возрос.
Опытный штурмовик специального назначения М-25 «Адский косильщик» / Фото: www.dogswar.ru
Понятно, что столь важное и экономически затратное решение не может приниматься по наитию, «с бухты барахты». Обратимся к фактологии. Пилотный по этой тематике технический отчёт ИТПМ «Исходные данные и соображения о создании нового средства поражения целей на больших площадях» (гриф: «сов. секретно»), утверждённый Струминским, датируется августом 1968 г. А в конце 1968 года специалисты института совместно с ВВС подготовили и провели лётные исследования по определению звукового удара, создаваемого самолётом МиГ-21С, подтвердившие возможность получения интенсивности звукового удара до 0.025-0.05 кг/см2. Эти же испытания показали: складки местности и, конечно, окопы существенно уменьшают поражающее действие создаваемого оружия. А Даманский ещё впереди.
В ИТПМ в 1969 году под руководством начальника лаборатории Юдинцева Ю.Н. выпущен научно-технический отчёт: «Предварительные материалы по оценке интенсивности ударных волн, создаваемых спецобъектом». На ЭМЗ в том же 1969 году появился отчёт «Предварительная оценка аэродинамических и лётно-технических характеристик самолёта специального назначения». Понятно, на создание подобных материалов, тем более по совершенно неизведанной тематике, требуется значительное время. Точную дату начала и даже окончания формирования отчёта установить не удалось, многие материалы работ по тематике уничтожены.
Надо отметить, что образование ударных волн приводит не только к возмущениям атмосферы, но не проходит бесследно и для конструкции самолета. Во-первых, возникновение ударной волны приводит к значительному повышению лобового сопротивления (в основном за счёт волнового сопротивления). Во-вторых, возрастает температура обшивки и появляются нестационарные ударные волны, приводящие к возникновению бафтинга, когда действие нагрузок на конструкцию становится переменным по времени и месту приложения. Так что задача самолета специального назначения представляется многоуровневой, касающейся как внешнего облика и силовой установки летательного аппарата, так и сложных конструктивных решений при создании планера, особенно его носовой части.
На начальном этапе исследования показали, что интенсивность ударных волн при переходе от аэродинамически выдержанных самолетных форм к телам с большим сопротивлением (например, плоскому конусу), увеличивается в несколько раз и важным фактором становится абсолютная величина волнообразователя. Чем он больше, тем значительнее эффект, но тем мощнее должна быть и силовая установка, а стало быть, и размер, и масса самолёта. Комплекс исследований был проведен также по изысканию аэродинамических форм, позволяющих сконцентрировать действие ударных волн в определенном направлении. В итоге была выявлена возможность увеличения их интенсивности в 5-6 раз только за счёт направленной геометрической оптимизации компоновки самолёта. Именно тогда состоялась знаменательная встреча Генерального конструктора В.М. Мясищева и директора ИТПМ В.В. Струминского. Они ещё в середине 50-х годов вместе оптимизировали стреловидность крыльев мясищевских «стратегов» дальних бомбардировщиков и ракетоносцев М-4, 3М и сверхзвукового М-50.
Но уже в 1960 году Струминский приложил руку к передаче мясищевского ОКБ-23 ракетчику В.Н. Челомею, утверждая вслед за секретарём ЦК КПСС Н.С. Хрущёвым, что век стратегической военной авиации прошел. Результатом стало отлучение от любимого дела и назначение Генерального конструктора авиационной техники В.М. Мясищева Начальником ЦАГИ (Центрального Аэрогидродинамического Института им. проф. Н.Е. Жуковского). Здесь отношения между этими двумя талантливыми людьми совсем не сложились. Именно тогда один из замов руководителя института В.В. Струминский (член-корреспондент АН СССР) перешел работать в СО АН СССР, и вскоре был избран академиком. Мясищеву к этому было не привыкать, например, при создании в 1951 году Союзного ОКБ-23 в качестве зама к нему был направлен талантливый авиаконструктор «красный барон» Роберт Бартини, но проработал менее трёх недель.
Намеченный со Струминским комплекс экспериментальных исследований тематических моделей и продувок по оптимизации аэродинамической схемы самолёта был проведен в сверхзвуковой трубе АТ-313 ИТПМ и в трубах ЦАГИ АТ-112 и АТ-113. Несмотря на очевидные трудности, одновременно удалось, заметим, что при отсутствии соответствующей бортовой автоматики, только с визуальной оценкой, провести в Липецком центре ВВС несколько полётов МиГ-21 продолжительностью около 30 сек. на высоте порядка 25 м и скорости ~1050 км/ч. Это позволило более обоснованно подойти к формированию «неаэродинамичной» аэродинамической компоновки самолёта. Также полёты подтвердили значительное ослабление ударных волн в складках местности и ещё более значительное - в окопах. Проведённый в ИТПМ, ЦАГИ и ряде других институтов намеченный большой объём специфических научно-теоретических изысканий позволил более точно намечать развитие экспериментальных работ.
Варианты штурмовика специального назначения М-25 «Адский косильщик» / Изображение: www.dogswar.ru
Что касается силовой установки самолёта, то, как всегда в нашем авиапроме, двигателей, пригодных для полёта у земли с потребной скоростью, соответствующей числу М=1,4, не существовало. Опытный ТРДФ АЛ-21Ф (ОКБ «Сатурн») обеспечивал полёт лишь до числа М=1,15. Аналогичные характеристики, увы, были заложены и в проект ТРДФ Р59Ф-300 (ОКБ «Союз»). В качестве альтернативы мясищевцы предложили использовать ЖРД, как бустерные на режиме атаки. Уже к концу 1969 года под руководством В.М. Мясищева был сформирован «Директивный план ЭМЗ на 1970-1972 гг.», где по «теме 25» на ноябрь 1970 года планировалось изготовление обоснованной модели самолета для продувки в больших аэродинамических трубах. Вырисовывались основные черты схемы самолёта М-25 «Адский косильщик». Во-первых, солидный размер самолёта, затем неаэродинамичная объёмная носовая часть и, как следствие, значительное миделевое сечение центроплана, высокий уровень тяговооруженности, большая нагрузка на крыло, эффективные поверхности управления.
Таким образом, основными компоновочными агрегатами, подчиняющими своим требованиям все остальные, были волнообразователь и переразмеренная силовая установка. Сразу стало ясно, что волнообразователь должен представлять собой геометрический клин с уступом, а уступ, создающий порядка 60% сопротивления, надо в полёте убирать и использовать лишь на боевом участке. Это, в свою очередь, тоже приводило к необходимости создания развитого центроплана. Соблюдение перечисленных компоновочных условий позволило создать проекты ССН, которые представляли собой монопланы, выполненные по схемам «нормальная» и «утка», с сильно развитым несущим центропланом, стреловидными консолями малого удлинения, двухкилевым оперением и трёхопорным шасси.
Двигатели штурмовика специального назначения М-25 «Адский косильщик» / Изображение: www.dogswar.ru
Носовая часть самолёта М-25 «Адский косильщик» выполнена в виде полуклина, верхняя часть фюзеляжа параллельна набегающему потоку, благодаря чему создаётся мощная косая ударная волна, направленная только вниз. Уступ, выпускаемый на боевом режиме, с боков ограничен неподвижными (либо убираемыми) рёбрами (конструкторская находка), что предотвращает образование скачка уплотнения, направленного в сторону, и усиливает мощность основной ударной волны. При размещении двигателей под фюзеляжем конструкция самолета должна обеспечивать формирование скачка до входа в воздухозаборник, либо после него, чтобы обеспечить стабильность потока на входе в заборник. В итоге, в результате тщательного анализа, более предпочтительной проектантам представлялась компоновка с расположением двигателей над фюзеляжем между килями.
В силу неизведанности проблемы в конструкторском бюро Мясищева были просмотрены схемы вариантов аэродинамической компоновки с взлётным весом от 20 до 165 тонн. Для каждого варианта просмотрен полный комплекс бортовых систем, предусмотрена отделяемая спасательная кабина (для тех времён это новшество) и даже проанализирована стоимость проекта и серийного производства. Для наглядности приведены три разработанные типовые схемы ССН М-25 «Адский косильщик» с взлётным весом 110 тонн и максимальной длиной, не превышающей 40 метров. При полёте М-25 «Адский косильщик» на высоте 50 м. величина избыточного давления в ударной волне, по расчётам, могла достигать 0.22 кг/см2.
Не могу не описать ситуацию, связанную с вездесущей КПСС, в конце развития темы. Один из «преданных» участников этой работы усомнился в правильности расчёта коэффициента лобового сопротивления и счел необходимым написать заявление в партком! А коэффициент лобового сопротивления - один из определяющих параметров любого самолёта. По "теме 25" это закрытая цифра, но секретарь парткома решил, что такой сигнал он пропустить не может, и принялся за «дело». При этом не подумал, что добрая половина парткома рабочие и соответствующего допуска не имеют, да и что члены парткома не смогут ничего решить в специфическом расчёте. Но преданного партийному «делу» секретаря это не остановило. И висел этот якобы вопрос около года, мешая работе. Фамилию Герострата называть не буду, достаточно наименования партии!
В процессе комплексных теоретических и экспериментальных исследований, проведённых в лаборатории Юдинцева, было показано, что дальнейшее повышение интенсивности ударной волны низковысотного самолёта возможно дополнительно в 1,5-2 раза. Но реализация найденной идеи представляется технически сложной. Она возможна при полёте строем нескольких ССН за счёт так называемого «нерегулярного» отражения ударных волн, когда энергия создаваемых самолётами волн практически складывается. При этом пилотам необходимо выдерживать жёсткий строй самолётов, летящих со сверхзвуковой скоростью непосредственно над подстилающей поверхностью. Естественно, подобные полёты не проводились. В случае же реализации этой концепции ударный штурмовик М-25 «Адский косильщик» смог бы выводить из строя даже танки, срывая башни! Соответствующая «Объяснительная записка по результатам предварительных исследований параметров ударных волн, создаваемых несколькими спецобъектами», выполненная специалистами ИТПМ, появилась уже в конце 1970 г.
В планах ОКБ Мясищева работа под наименованием «Тема 25. Штурмовой самолёт специального назначения с ударной звуковой волной» фигурирует с 1969 по 1972 гг. включительно. Надо отметить, что ряд выводов проекта, в свете современного уровня знаний, представляются легко преодолеваемыми, а некоторые даже ошибочными. Это не могло не отразиться и на работах по теме, и на компоновочных решениях. Можно предположить, что технические сложности решения проблемы, сложности специфических физических исследований (даже на современном уровне развития суммы технологий), финансовые затраты и моральная сторона использования ССН М-25 «Адский косильщик» не позволили продолжить разработки по теме, и она была закрыта.