Полунатурное моделирование ближнего воздушного боя современных истребителей для оценки возможности использования режимов сверхманевренности

Введение

Истребительная авиация в основном исполь­зуется для ведения воздушного боя, а одной из главных задач подготовки к выполнению боевого применения по воздушным целям считается обучение летного состава использо­ванию вооружения самолета при максималь­ной реализации его боевых возможностей для поражения противника в воздушном бою в различных условиях метеорологической и тактической обстановки одиночно и в составе группы. Современные истребители поколе­ний 4++ и 5 способны летать в режиме сверх­маневренности, т. е. на закритических углах атаки с сохранением дозированного управле­ния, поэтому необходимо обучать летный со­став использовать возможности самолета.

Описание маневра «переворот»

На основе анализа выполнения боевых ма­невров [1] в ходе ближнего воздушного боя с маневренной целью был выделен маневр «пе­реворот», используемый для быстрого изме­нения направления полета на 180° с одновре­менным уменьшением высоты и увеличением (или сохранением) скорости полета. Перево­рот применяется в качестве оборонительного маневра при уклонении от атаки истребителя, при противоракетном и противозенитном ма­неврировании. Данный маневр, в силу того что выполняется в режиме пикирования, позволя­ет сократить расход удельной механической энергии (энергетической высоты) при про­странственном маневрировании самолета [2], относительно восходящих маневров или ма­невров в горизонтальной плоскости. Так как полет в режиме сверхманевренности осущест­вляется на больших углах атаки, что приводит к энергичному торможению самолета, а значит и снижению энергетической высоты, то, сле­довательно, переворот будет являться манев­ром, частично компенсирующим ее снижение.

Таким образом, для оценки эффективно­сти применения режимов сверхманевренности был выбран маневр «переворот». Траектория движения при выполнении данного маневра изображена на рис. 1.

Наиболее важной характеристикой, опре­деляющей допустимые условия выполнения переворота, является минимальная потеря вы­соты за переворот, которая зависит от скорости и высоты ввода, текущей перегрузки, режима работы двигателей самолета.

Определяющее влияние на потерю вы­соты за переворот имеет текущая перегрузка. Минимальная потеря высоты за переворот до­стигается при его выполнении с перегрузкой, максимально допустимой по углу атаки, что в значительной степени позволяет раскрыть возможности режима сверхманевренности, с использованием которого полеты стали совершаться на больших углах атаки (более 30°).

При выполнении переворота на скоро­стях до 900 км/ч и работе двигателей в режи­ме малого газа минимальная потеря высоты за переворот практически не зависит от скорости ввода, так как с повышением скорости пропор­ционально возрастает располагаемое значение перегрузки.

С увеличением высоты полета ее мини­мальная потеря за переворот растет за счет уменьшения располагаемой перегрузки. Из условия сохранения удовлетворительных зна­чений показателей маневренных характери­стик самолета максимальная высота выполнения маневра «переворот» ограничена 9 км. Увеличение приборной скорости ввода в пере­ворот более 900 км/ч может привести к скач­кообразному росту потери высоты за маневр вследствие чрезмерного возрастания скорости на нисходящей части траектории маневра вплоть до выхода самолета в трансзвуковую область скоростей, поэтому с целью безопас­ности выполнения маневра было наложено ограничение по максимальной скорости V_max и минимальной высоте полета H_min (рис. 2). Ограничение по минимальной скорости ввода в маневр V_min является границей области, в ко­торой на всех этапах выполнения маневра са­молет обладает достаточной управляемостью. 

Техника выполнения маневра «переворот»

Маневр «переворот» с использованием режи­ма сверхманевренности осуществляется сле­дующим образом. Перед вводом в переворот устанавливаются заданные режим работы двигателей, скорость и высота. Отклонением ручки управления по крену за t = 2...3 с необходимо повернуть самолет вокруг продоль­ной оси на 180° и, не фиксируя его в перевер­нутом положении, взятием ручки управления «на себя» за t = 2...3 с создать заданную пере­грузку (угол атаки). В дальнейшем сохранять заданный угол атаки (перегрузку) до дости­жения предельного значения скорости на нижней восходящей части данного маневра (см. рис. 1). При приборной скорости полета V_np = 400 км/ч на больших углах атаки ( α > 35°) отдать ручку управления «от себя» и уменьшить угол атаки до значений, позволя­ющих совершать полет в эксплуатационной области. Это позволит сохранить необходи­мое минимальное количество удельной меха­нической энергии для продолжения воздушно­го боя. В целях движения самолета по задан­ной траектории при выполнении маневра «пе­реворот» текущая перегрузка не должна пре­вышать значений, представленных на рис. 3.

Полунатурное моделирование на комплексе моделирования воздушного боя

С учетом указанных ограничений было вы­полнено моделирование на комплексе моде­лирования воздушного боя (КМВБ) [3] фраг­мента ближнего воздушного боя, в котором атакующий самолет не имел возможности по­лета на режиме сверхманевренности [4, 5], а атакуемый (самолет-цель) - имел.

Исследование проводится при:

• исходной дальности между самолета­ми: ..1000 м;
• начальной скорости полета: .. 900 км/ч;
• превышении цели: ..200 м;
• принижении цели: ..200 м;
• высоте полета: ..9000 м;
• боковом отклонении атакующего: ±300 м.

В ходе эксперимента атакуемый выпол­нял переворот по траектории (см. рис. 1), а атакующий должен был удержать самолет в зоне захвата (в области коллимационного авиа­ционного индикатора). В начале моделирова­ния атакующий и атакуемый располагались на определенном расстоянии друг от друга (даль­ности) при различных начальных высотах и скоростях полета.

В результате полунатурного моделиро­вания фрагмента маневренного воздушного боя (переворота) были определены области (рис. 4, 5), в которых атакуемому самолету за счет использования сверхманевренности уда­лось уйти из-под атаки и занять более выгод­ное пространственное положение (рис. 6).

Анализируя полученные области (см. рис. 4, 5), можно сделать вывод, что уменьше­ние дальности между самолетами (с 1000 до 200 м) приводит к сужению области эффективного применения оборонительного маневра «переворот». При выполнении полунатурного моделирования оценивалось влияние бокового отклонения, принижения и превышения атаку­ющего самолета относительно цели, при этом было определено, что боковое отклонение до 300 м и превышение (принижение) до 200 м не оказывают существенного влияния на резуль­тат воздушного боя.

Заключение

В настоящее время в Военно-воздушные силы РФ стали поступать летательные аппа­раты с отклоняемым вектором тяги, который позволяет осуществлять управляемый полет на закритических углах атаки вплоть до α = 90° (режимы сверхманевренности). В дан­ной работе показано, как можно повысить эф­фективность оборонительного маневра «пере­ворот», используя режимы сверхманевренно­сти. Получены области, в которых атакуемому самолету за счет использования сверхманевренности удается уйти из-под атаки и занять более выгодное пространственное положение в ближнем воздушном бою.