Автор Артем Мальцев
Последние двадцать лет могут показаться периодом застоя в развитии военной авиации. Ведущие державы мира продолжают производить и эксплуатировать боевые самолеты эпохи холодной войны, принятые на вооружение еще в 1970-х гг. Внедрение перспективных авиационных платформ в большинстве стран систематически «буксует» и откладывается.
Так, например, в начале 2000-х гг. мировые лидеры авиационной промышленности лелеяли планы массового развертывания новых высокотехнологичных истребителей «пятого поколения», однако соответствующие программы повсеместно тормозили и переносили. Достаточно вспомнить несостоявшиеся амбициозные проекты по грандиозным закупкам истребителей F-22 и затем F-35 в США, тяжелое продвижение в отечественной программе ПАК-ФА, торможение программ истребителя пятого поколения в Японии и Индии и т.п.
Очевидно, что эти тенденции имеют комплексный характер и обусловлены самыми разными причинами.
Это и сокращение оборонных бюджетов в 1990-е гг. в результате демилитаризации Европы после распада СССР, и снижение рисков крупномасштабных вооруженных конфликтов «симметричного типа» в связи с военным доминированием США и их союзников, и проблемы удорожания научно-исследовательских конструкторских работ (НИОКР) в области военной авиации, и инженерные трудности по непосредственному воплощению новейших конструктивных решений в самолеты новых поколений.
Тем не менее, несмотря на видимую стагнацию, все последние годы прогресс не стоял на месте, а геостратегический, экономический и технологический ландшафт мировой аэрокосмической промышленности сегодня значительно изменился по сравнению с 1994 или даже 2004 г. Есть основания полагать, что накопившиеся изменения могут привести к радикальной трансформации облика военной авиации в 2030-х гг.
Сегодня мы рассмотрим своеобразную передовую надвигающихся перемен – динамично развивающийся рынок авиационных военных двигателей и, в частности, главный его сегмент двухконтурных турбореактивных двигателей (ТРДД).
Все двигатели нужны
В современной авиации используется, по большому счету, пять основных типов авиационных силовых установок: сверхлегкие поршневые винтовые двигатели, легкие турбовинтовые и турбовальные двигатели, а также средние турбореактивные (ТРД) и среднетяжелые турбовентиляторные двигатели. При прочих равных турбина обеспечивает большую мощность, в то время как реактивное движение дает повышенную тягу, а значит, и оптимальные характеристики скорости и маневренности. В то же время турбореактивные двигатели и самые «прожорливые», они потребляют в разы больше топлива по сравнению с винтовыми.
По этой причине в современной авиации в основном используются двухконтурные турбореактивные двигатели (ТРДД), в которых часть забираемого воздуха с помощью компрессора-вентилятора направляется в наружный контур в обход основного контура с камерой сгорания. Это позволяет значительно повысить КПД за счет снижения скорости выходящего из турбины воздуха. Таким образом, чем выше расход массы воздуха во внешнем контуре, тем меньше – расход топлива. В результате двигатели с высокой степенью двухконтурности значительно превосходят по экономичности «обычные» ТРД с единой проточной частью, в то же время уступая последним по максимальной тяге. Такие «турбовентиляторные» двигатели массово применяются в пассажирской, транспортной и специальной авиации. Вместе с тем, боевые самолеты – истребители, перехватчики и тактические бомбардировщики – обычно используют ТРДД малой степени двухконтурности, жертвуя экономичностью в пользу максимальной тяговооруженности.
Первый взгляд на статистику однозначно показывает, что авиационные двигатели типа ТРДД составляют основную долю (57%) мирового экспорта военного назначения. Второе место занимают турбовентиляторные двигатели, применяющиеся преимущественно в военно-транспортных самолетах, а также в специальной авиации на крупнофюзеляжных платформах. Турбовинтовые и турбовальные обычно используются в легкой транспортной авиации, учебно-тренировочных самолетах, вертолетах и БПЛА. Военное применение поршневых двигателей ограничивается БПЛА легкого и среднего класса и занимает незначительную долю мирового рынка.
Эксклюзивный клуб
Исторически основными лидерами авиационного двигателестроения выступают США, Россия (СССР), Великобритания, Франция. Сегодня только эти четыре страны обладают полным циклом самостоятельного проектирования, разработки и производства продвинутых двухконтурных турбореактивных двигателей военного назначения.
В последние годы в этот эксклюзивный клуб также вступил Китай, обладающий амбициями по достижению технологического лидерства в мировой аэрокосмической промышленности. Программы по созданию собственных ТРДД также ведут Япония, Южная Корея, Турция и Индия. Кроме того, ряд государств сохраняют и развивают компетенции по самостоятельному или лицензионному производству турбореактивных двигателей нишевого применения – в число этих стран входят Бразилия, Швеция, Словакия, Пакистан, Иран и, до недавнего времени, Украина. Многие промышленно развитые европейские страны также вовлекаются в производственные цепочки совместного выпуска и разработки авиационных двигателей военного назначения в партнерстве с британскими, французскими или американскими корпорациями.
Таким образом, ни одна из стран, за исключением «большой пятерки» постоянных членов Совбеза ООН, не обладает способностью полностью самостоятельно производить современные боевые реактивные самолеты, но вынуждена полагаться на ТРД, приобретенные в одной из вышеперечисленных стран. Следовательно, облик и возможности нынешних реактивных истребителей во многом определяются именно характером военно-технического сотрудничества с «большой пятеркой».
При этом государства, заинтересованные в сохранении собственных возможностей по производству боевых самолетов, активно импортируют готовые ТРД. Совокупный объем этого рынка составляет всего чуть более 5% от всех продаж авиационной техники. Но важно помнить, что военно-техническое партнерство в области поставок авиационных двигателей, как правило, носит стратегический характер, способствует интенсификации сотрудничества в различных сферах аэрокосмической промышленности и, таким образом, сопутствует более крупным сделкам в смежных областях.
К концу холодной войны «законодателями моды» в технологиях авиационных двигателей выступали Соединенные Штаты. Опора на завоевание превосходства в воздухе традиционно составляет один из главных приоритетов военной доктрины США, вследствие чего американцы всегда стремились поддерживать технологическое первенство в этой области. Так, в 1970-х гг. США почти на целое десятилетие опередили своего главного оппонента – СССР в развертывании истребителей четвертого поколения: F-14, F-15 и F-16. Созданные для этих самолетов двигатели General Electric F100 и Pratt & Whitney F110, наряду с прочими конструктивными решениями, позволили добиться существенного преимущества в области аэродинамических и кинематических характеристик. Современные модификации этих двигателей до сих пор активно производятся и поставляются близким союзникам и партнерам США.
С другой стороны, для остальных стран мира, в первую очередь СССР, «игра в догоняющего» позволила сосредоточить усилия на конкретной цели в виде создания аналогов уже существующих американских самолетов. Советские истребители четвертого поколения – МиГ-29 и Су-27 повторяют удачные концептуальные решения американских самолетов четвертого поколения и в то же время спроектированы с учетом некоторого превышения их возможностей. Лежащие в их основе двигатели РД-33, и особенно АЛ-31Ф, также оказались крайне успешными и впоследствии неоднократно модернизировались и применялись в ряде истребителей китайской разработки.
На сегодняшний день ТРДД американского или российского производства доминируют на мировом рынке, занимая более 75%. Главными импортерами таких двигателей выступают Китай, Индия, Япония, Пакистан, Саудовская Аравия, Швеция, Южная Корея, Тайвань и Италия. Причем 58% импорта приходится именно на Индию и Китай – эти две страны, с одной стороны, осуществляли масштабную программу перевооружения военно-воздушных сил в 2000–2010-е гг., а с другой, как уже было отмечено, активно заинтересованы в создании перспективных боевых самолетов на основе авиационных двигателей собственного производства. Военно-техническое сотрудничество России с Китаем и Индией определило колоссальный успех платформы ТРДД(Ф) АЛ-31Ф.
Помимо крайне популярных истребителей семейства Су-27, включая двухместную модификацию Су-30 (в различных вариантах), тактического истребителя-бомбардировщика Су-34, а также истребителя завоевания превосходства в воздухе Су-35, различные модификации двигателя АЛ-31Ф устанавливаются на массовый фронтовой истребитель ВВС НОАК – J-10. Более 650 таких самолетов было выпущено в период с 2002 по 2023 г.
Массогабаритные характеристики АЛ-31Ф позволяют отнести его к двигателям тяжелого класса – однодвигательные самолеты на его основе весят почти 8 т без учета топлива и снаряжения. По сравнению со своими американскими аналогами – F100 и F110, российский ТРДД(Ф) обладает заметным преимуществом с точки зрения максимальной тяговооруженности и экономичности (примерно на 5–10% в разных режимах работы). Правда, его существенным недостатком остается значительно меньший ресурс – как межремонтный, так и максимальный. По мере эволюции последний показатель вырос со 100 до 3000 часов, во многом повторяя развитие большинства западных двигателей, демонстрировавших низкую надежность на ранних этапах выпуска.
Тем не менее, наличие десятилетней «форы» для отладки производственного процесса, а также огромные объемы закупок истребителей ВС США и их союзников позволили американским ТРДД(Ф) выйти на еще более впечатляющие показатели ресурса, до 4000 или даже 6000 часов. Стоит отметить, что российский ТРДД(Ф) РД-33, применяемый в истребителях семейства МиГ-29, а также в китайско-пакистанском JF-17, производился в меньшей серии и, по информации индийских ВВС, отличается меньшей надежностью – максимальный ресурс последних модификаций составляет около 1000 часов, в то время как межремонтный – около 300 часов. Последний показатель представляется минимально достаточным для интенсивного боевого применения самолета (50–75 вылетов).
Интересно, что с аналогичными трудностями в последние десятилетия столкнулась китайская авиационная промышленность. Несмотря на то, что российские двигатели АЛ-31Ф были скопированы еще в 2000-х гг., китайские аналоги под индексом WS-10 вплоть до середины 2010-х гг. демонстрировали низкую надежность – межремонтный ресурс составлял не более 30 часов. На протяжении 2010-х гг. китайская официальная пресса неоднократно заявляла, что все технические проблемы с качеством силовых установок удалось успешно решить, однако до 2023 г. Китай продолжал закупать в России двигатели АЛ-31Ф (всего приобретено более 260 единиц). Именно они установлены на ранних образцах китайского истребителя пятого поколения J-20.
Впрочем, нет оснований сомневаться, что на сегодняшний день Китай вплотную подошел к окончательному разрешению проблем с ресурсом авиационных двигателей – как отмечают споттеры, новые серии истребителей J-10C, J-15, J-16 и J-20 оснащены последней модификацией ТРДД(Ф) WS-10C.
Среди американских двигателей наибольшим спросом на экспортных рынках пользуется продукция корпорации General Electric. В частности, речь идет о ТРДД(Ф) типа F110, а также F404 и его улучшенной версии – F414. Интересно, что главный конкурент General Electric на «внутреннем рынке» США – корпорация Pratt & Whitney не вступает в коллаборации с другими авиационными концернами. При этом двигатели GE F110, помимо собственно американских истребителей, устанавливаются на японские самолеты F-2 (глубокая модернизация F-16 с учетом потребностей сил самообороны Японии), а также на турецкие истребители нового поколения TAI Kaan (в настоящее время проходящие испытания).
Еще более популярно семейство среднелегких ТРДД(Ф) GE F404, изначально созданных для палубного истребителя F-18 Hornet. Относительно небольшой вес (около 1 тонны) и отличные характеристики тяговооруженности этих двигателей способствуют их внедрению в легкие однодвигательные самолеты, включая учебно-боевые тренажеры-штурмовики (южнокорейский T-50 Golden Eagle, американо-шведский T-7 Red Hawk), а также легкие истребители (индийский Tejas и перспективный AMCA, южнокорейские FA-50 и KF-21, шведский Gripen).
Двухдвигательная конфигурация новейшей модификации этого ТРДД(Ф) (F414-GE-400) позволяет при общем весе силовой установки в 2,2 т добиться суммарной тяговооруженности 18 единиц на форсаже, что представляет собой довольно внушительный показатель (позволяющий, среди прочего, добиваться крейсерской сверхзвуковой скорости самолета).
В целом, как можно заметить, среди экспортных ТРДДФ американские F414-GE-400 обладают наилучшим соотношением характеристик мощности и экономичности, лишь немного уступая в абсолютной тяговооруженности британским двигателям EJ-200 и российским АЛ-41Ф.
Наконец, значительное присутствие на мировом рынке силовых установок реактивных истребителей также поддерживает Великобритания. Основным производителем и разработчиком авиационных двигателей выступает концерн Rolls-Royce. Флагманский продукт этой компании – ТРДД(Ф) EJ-200, производимый в рамках консорциума EuroJet (с участием Германии, Италии и Испании) для многоцелевого истребителя Eurofighter Typhoon. С учетом относительно компактных массогабаритных характеристик EJ-200, возможно, это один из самых мощных двигателей в мире – при использовании в паре два таких двигателя с весом менее 2 т создают более 18 т тяги в режиме форсажа, что дает «Тайфуну» великолепные скоростные характеристики и маневренность, вплотную приближающиеся к уровню пятого поколения.
Существенным успехом пользуются также различные модификации двигателя Spey, применяемые в итало-бразильском штурмовике AMX и китайском тактическом бомбардировщике JH-7, а также в самолетах гражданской и специальной авиации. Этот ТРДД отличается дешевизной и прекрасной экономичностью.
В табл. 1 представлены основные характеристики различных экспортируемых ТРДД(Ф).
Концептуальные развилки пятого поколения
Еще в 1980-е гг. для противодействия новейшим на тот момент советским истребителям МиГ-29, МиГ-31 и Су-27 Соединенные Штаты инициируют программу «Advanced Tactical Fighter» по созданию первого в мире истребителя пятого поколения. Новые боевые самолеты должны были вступить в строй во второй половине 1990-х гг. (или ранее), гарантируя ВВС США неоспоримое превосходство в воздухе в случае военного конфликта с СССР.
К началу 1990-х гг. в рамках тендера между корпорациями Lockheed и Northrop было созданы прототипы YF-22 и YF-23. В то же время аналогичный конкурс для создания перспективного ТРДД(Ф) был проведен между компаниями General Electric и Pratt & Whitney. Результатом стали тестовые образцы двигателей GE YF120 и PW YF119. Оба двигателя развивали максимальную тягу на форсаже более 15 т при отличной тяговооруженности. В крейсерском же режиме два таких двигателя должны были генерировать тягу около 12 т, обеспечивая, таким образом, будущему истребителю возможность сверхзвукового полета без использования форсажной камеры (что позволяет значительно экономить топливо, расширяя автономность самолета в боевых условиях).
По результатам всестороннего тестирования для создания серийной модификации двигателя была выбрана компания Pratt & Whitney – конструкция ТРДД(Ф) YF119 обещала быть существенно проще (а значит, и дешевле) в производстве и надежнее в эксплуатации.
C 2000-х гг. в США начинается массовое производство истребителей пятого поколения F-22 Raptor. На момент принятия его на вооружение двигатель F119-PW-100, несомненно, завоевал корону самого мощного ТРДД(Ф) в мире. Ранее сравнимые по мощности двигатели устанавливались исключительно на громоздкие истребители-перехватчики (например, МиГ-31) или стратегические самолеты-разведчики (SR-71 Blackbird) и бомбардировщики (B-1 Lancer). Но F-22A Raptor, помимо великолепных скоростных характеристик, обладает также впечатляющей маневренностью, а по экономичности соответствует уровню обычного тактического истребителя.
Впрочем, очевидно, что аэродинамические и кинематические характеристики все же не были основополагающими при разработке F-22 Raptor – главным требованием выступала радиолокационная малозаметность. Некоторые конструктивные решения (в частности, использование плоских керамических сопел, снижающих радиолокационную и инфракрасную сигнатуру самолета) существенно увеличили вес двигателя, в то же время несколько снизив максимальную мощность тяги. Хотя точные характеристики F-22 Raptor, включая сухую массу двигателей, засекречены, судя по всему, максимальная тяговооруженность F119-PW-100 скорее всего приближается к значению 7:1, таким образом, несколько уступая двигателям предыдущего поколения.
Однако настоящей проблемой для F-22 Raptor стала банальная дороговизна всей платформы. Общая стоимость производства самолета «перевалила» за 350 млн долларов за единицу. При этом по политическим причинам Конгресс США запретил экспорт истребителя за рубеж (несмотря на наличие соответствующего запроса со стороны Японии), что не позволило перенести часть производственных издержек на иностранных заказчиков и, соответственно, поставило под сомнение всю программу с точки зрения экономической целесообразности.
ВВС США столкнулись с серьезной дилеммой – неизбежное устаревание авиапарка требовало приобретения тысяч новых боевых самолетов в ближайшие десятилетия, однако растущая стоимость перспективных платформ сокращала серийность закупок, что вело к еще большему повышению себестоимости выпуска, особенно с учетом «убывающей отдачи» от расходов на НИОКР. В результате такой тенденции, согласно популярной в Пентагоне шутке, «к 2050 году бюджета ВВС США хватит на покупку всего одного истребителя, который по вторникам и четвергам будет сдаваться в лизинг военно-морской авиации, а по пятницам – корпусу морской пехоты».
По сути, этот парадокс имеет лишь два выхода: либо переориентировать требования к тактико-техническим характеристикам перспективных самолетов в сторону существенного удешевления их конструкции, либо же пойти на изменение военной доктрины тактической авиации, соглашаясь с неизбежным сокращением размера авиапарка в будущем.
Тем не менее, американские военные планировщики не стали «выбирать из двух зол» и вместо этого пошли на более радикальный и амбициозный шаг. Дороговизна перспективных истребителей в основном определялась применением «стелс-технологий», однако ВС США не готовы были отказаться от ее внедрения, так как это означало бы отказ от претензии на неоспоримое господство в воздухе в конвенциональном военном конфликте с любым потенциальным противником, а значит, и эрозию военного доминирования США в мире.
Вместо этого для поддержания достаточной численности авиации Пентагон решил создать единую платформу малозаметного тактического истребителя, который заменит все остальные типы боевых самолетов – от палубных штурмовиков вертикального взлета и посадки до бомбардировщиков и истребителей завоевания превосходства в воздухе. Такой платформой стал всем известный F-35 Joint Strike Fighter (JSF).
Важно подчеркнуть, что в основе программы лежит преимущественно экономическая логика – массовые закупки единого самолета одновременно для ВВС, ВМС и КМП США, а также широкого круга иностранных партнеров должны были максимально снизить себестоимость истребителя, обеспечив финансовую целесообразность всего плана.
Среди множества конструктивных трудностей в реализации этого проекта далеко не последним стал вопрос силовой установки. С одной стороны, для массовой замены легких истребителей платформа JSF с самого начала подразумевала однодвигательную компоновку (аналогично F-16). С другой стороны, высокие требования к полезной нагрузке и боевому радиусу F-35 в роли бомбардировщика также означали значительные массогабаритные характеристики.
В итоге спроектированный компанией Pratt & Whitney специально для F-35 ТРДД(Ф) F135-100 действительно генерирует беспрецедентную тягу в 19,5 т, но при этом отличается посредственными показателями тяговооруженности как самого двигателя, так и всей платформы. Во многом именно по этой причине платформу F-35 часто критикуют в отношении невыдающихся кинематических характеристик.
Двигатель пятого поколения F135-100 – значительное технологическое достижение, действительно не имеющее аналогов у конкурентов. Но этот же двигатель представляет собой концептуальный тупик для развития американской тактической авиации в ее традиционном облике. Практически трехтонная «махина» F135-100 слишком тяжела и массивна для легкого и дешевого истребителя, и в то же время ее мощность проигрывает «дуэтам» ряда современных легких двигателей четвертого поколения (например, паре двигателей F414, установленных на Super Hornet или перспективном корейском истребителе KF-21). По сути, F135-100 – это «технологический костыль», служащий для решения задачи преодоления экономического кризиса долгосрочного военного строительства тактической авиации в США.
Вместе с тем, несмотря на постоянные технологические трудности и пробуксовки, программа Joint Strike Fighter уже приносит плоды. К 2024 г. США и их союзники приобрели более 1000 малозаметных истребителей F-35, в то время как российские и китайские тяжелые истребители Су-57 и J-20 пока что доступны лишь в сравнительно небольших сериях и версии «первого этапа». Потенциальные импортеры в Европе, на Ближнем Востоке и в Азиатско-Тихоокеанском регионе, по сути, сегодня не имеют никаких конкурентоспособных вариантов в нише малозаметного многоцелевого истребителя. Хотя отдельные тактико-технические характеристики F-35 могут уступать конкурентам (нынешним и будущим), его ценовое предложение уже сейчас опирается на внушительные плечи постоянно снижающейся себестоимости производства.
Вместе с тем, ни Россия, ни Китай, ни Великобритания, ни Франция так и не реализовали на экспортном рынке ни одного образца истребителя или ТРДД(Ф) пятого поколения. Китайский J-20 пока не предлагается на экспорт из соображений секретности, в то время как программа российского Су-57 задерживается и после выхода Индии из проекта FGFA не имеет значительной международной поддержки.
Как можно заметить, в силу специфики программы F-35 границы между четвертым и пятым поколениями авиационных силовых установок получились предельно размытыми. Последние версии двигателей четвертого поколения – F110, F414, EJ-200, АЛ-41Ф – хоть и уступают F119 и F135 по абсолютной тяге, но в то же время выигрывают у пятого поколения в тяговооруженности.
В итоге, как отмечает большинство экспертов, возможности таких истребителей, как Eurofighter Typhoon, Су-35С или F-22A с точки зрения маневренного воздушного боя достаточно схожи – в этом отношении ни одна из машин не будет иметь решающего тактического преимущества. При сравнении самолетов на первое место выходят другие показатели – уровень радиолокационной малозаметности, возможности авионики, номенклатура вооружения и т.п.
Динамичные контуры шестого поколения
Уже сейчас очевидно, что в ближайшие десятилетия характер эволюции боевой авиации во всем мире будет определяться преимущественно динамикой оборонно-промышленной гонки вооружений между США и Китаем. Ни одна другая страна не способна или не заинтересована в изменении статус-кво и вместо того пассивно «движется в фарватере» общемировых трендов.
Развитие российской боевой авиации в ближайшие годы определяется внутренними потребностями оснащения ВКС, где на первом месте – своевременное обновление авиапарка с учетом исчерпания ресурса советских машин, а также боевых и небоевых потерь в ходе конфликта в Украине. Сдерживание военно-воздушной мощи НАТО в Европе будет иметь асимметричный характер с опорой на высокую устойчивость интегрированной системы ПВО страны, а также нестратегический ракетно-ядерный потенциал. Перспективные авиационные комплексы (от Су-57 до гипотетического перехватчика на замену МиГ-31) здесь будут играть скорее второстепенную роль.
Совершенно другой вызов представляют растущие возможности Китая. В начале 2020-х гг. китайская аэрокосмическая промышленность развернула массовое производство истребителей пятого поколения J-20, объемы которого к нынешнему 2024 г., по оценкам экспертов, могут достигнуть значения 100 машин в год, уверенно обогнав, таким образом, американский «конвейер сборки» F-35.
Хотя, по мнению американских экспертов, характеристики малозаметности и авионики J-20 скорее всего уступают американским самолетам, факт остается фактом – ВВС НОАК уже сегодня обладает самым крупным в мире флотом тяжелых двухдвигательных истребителей пятого поколения! Разрыв в общей численности малозаметных боевых самолетов также продолжает сокращаться, в то время как постепенно устаревающий парк F-22 Raptor потребует замены уже в не столь отдаленном будущем.
С точки зрения авиационных силовых установок, Китай традиционно придерживается довольно консервативной стратегии развития, ориентируясь в первую очередь на поддержание опережающих объемов выпуска наиболее продвинутых изделий. Наиболее мощный китайский ТРДД(Ф) – WS-15 – по максимальной тяге номинально соответствует американскому двигателю F119 (выдавая примерно 15,5 т на форсаже), отличаясь при этом несколько меньшей массой. Правда, верифицировать эти параметры, особенно с точки зрения ресурса и практической тяговооруженности двигателя, довольно трудно (так, официально опубликованные корпорацией Shenyang характеристики, вероятно, не учитывают вес двигательного сопла).
На фоне китайских успехов летом 2022 г. США объявили, что к концу 2020-х гг. планируют стать первой державой, принявшей на вооружение истребители шестого поколения. Как сообщили представители Пентагона, программа с красноречивым названием Next Generation Air Dominance (NGAD – воздушное доминирование следующего поколения) по созданию такого самолета продвигается с опережением графика, а мелкосерийное производство и тестирование полноценных прототипов планируется начать уже во второй половине текущего десятилетия.
Несмотря на беспрецедентную секретность, кое-какая информация об американском проекте NGAD уже доступна. Официальные заявления говорят о том, что «ВВС США впервые разрабатывают истребитель с учетом огромных расстояний Тихого океана». Это позволяет предположить, что требования к боевому радиусу истребителя превышают значения в 2500–3500 км (для сравнения, боевой радиус F-35A составляет около 1300 км). В таком случае массогабаритные характеристики истребителя NGAD могут значительно превысить аналогичные показатели у нынешних истребителей пятого поколения. Максимальный взлетный вес такого самолета может составлять от 50 до 70 т (аналогичный параметр у F-35A – примерно до 30 т). Геометрия планера до сих пор неизвестна, но, по имеющимся намекам официальных лиц США, считается, что самолет будет создан по аэродинамической схеме «бесхвостка» и иметь вид «летающего крыла» дельтавидной или ромбовидной формы.
May 7, 2021 - Middletown, CT : Pratt & Whitney Photoshoot at Middletown, Connecticut facility on Friday, May 7, 2021. CREDIT: Karsten Moran
По заявлениям ВВС США, при разработке соответствующего прототипа удалось на порядок снизить показатель ЭПР по сравнению с F-35 и F-22. По сути, это означает, что проект NGAD решительно жертвует характеристиками маневренности в пользу еще большей радиолокационной малозаметности. Таким образом, по многим характеристикам NGAD будет напоминать скорее бомбардировщик или перехватчик дальней авиации, нежели тактический истребитель. Тем не менее, кинематические характеристики продолжают иметь критическое значение для воздушного боя на больших дистанциях, поскольку высокая стартовая скорость повышает эффективный радиус действия ракет класса «воздух-воздух».
Для шестого поколения уже создаются новые силовые установки. Соответствующий конкурс получил название Next Generation Adaptive Propulsion (NGAP). Название отсылает к перспективной технологии двигателей с изменяемым циклом (ДИЦ, также известны как ТРДД(Ф) «адаптивного цикла»), в которых степень двухконтурности не является фиксированной характеристикой, но изменяется в зависимости от параметров профиля полета. Перенаправляя массу воздуха между внутренним и внешними контурами, ТРДД(Ф) может или значительно увеличивать тягу двигателя без использования форсажной камеры, или, наоборот, работать в экономичном режиме, значительно сокращая потребление топлива.
Прототипы таких двигателей в последние годы тестировались в рамках программы Adaptive Engine Transition Program (AETP) по созданию силовой установки для перспективной модернизации истребителя F-35. Наиболее успешный образец – трехконтурный ТРД XA100 от компании General Electric продемонстрировал максимальный уровень тяги до 20 т при сокращении уровня расхода топлива на 25% в крейсерском режиме (относительно F135-100). Внедрение таких двигателей потенциально обещает значительно улучшить аэродинамические характеристики F-35 и расширить его боевой радиус. Правда, весной текущего года объявили, что проект AETP будет закрыт, а все сэкономленные средства перенаправлены в программу NGAP, поскольку более габаритные двигатели с технологией ДИЦ оказалось невозможно внедрить в палубные истребители F-35B и F-35C без значительного перепроектирования их конструкции.
Пока мало что известно о будущих ТРДД(Ф) по программе NGAP. Сверхзвуковой истребитель массой более 50 т практически наверняка потребует двухдвигательной конфигурации, где каждый из двигателей должен выдавать не менее 25–27 т максимальной тяги (и как минимум 20 т без использования форсажа, для поддержания «крейсерского сверхзвука»).
Сообщается, что массогабаритные характеристики двигателей NGAP «будут отличаться от прототипов по программе AETP», вес которых, в свою очередь, превышает 3 т. Если американцы продолжат тенденцию по созданию все более крупных ТРДД(Ф) для истребителей, прототипы GE X103 и PW X102 могут достичь массы в 4 т и даже более. В таком случае эти силовые установки практически невозможно будет интегрировать в сторонние проекты боевых истребителей, в том числе других стран, что практически исключает любые экспортные перспективы (сами истребители NGAD, как и F-22 Raptor ранее, практически наверняка не будут продаваться иностранным заказчикам).
Гипотетически, можно также предположить, что двигатели GE X103 и PW X102, наоборот, станут более компактными по сравнению с AETP, приближаясь к форм-фактору ТРДД(Ф) F119. Однако в таком случае максимальный взлетный вес будет ограничен 43–45 т, что даже с учетом режима адаптивной пропульсии не позволит достичь необходимого боевого радиуса.
Нет сомнения, что технология гибкой степени двухконтурности обещает значительный прорыв с точки зрения эффективности во всех режимах полета. Однако конструктивная сложность таких ТРДД(Ф) пока ограничивает их внедрение – так, например, в 1990-х гг. США отказались от прототипа General Electrics YF120 при разработке F-22 по причине его большей стоимости и меньшей надежности. В российском двигателе АЛ-41Ф с изменяемой степенью двухконтурности используются специальные створки смесителя, которые могут перекрывать наружный контур, направляя весь забираемый воздух в основную камеру сгорания, что позволяет значительно нарастить тягу без использования форсажа.
ДИЦ General Electrics используют более продвинутое решение в виде еще одного дополнительного наружного контура, обеспечивающего возможность перепуска воздуха за блоками вентилятора, что в свою очередь позволяет настраивать двигатель для разных режимов работы. Повышенная экономичность может оказаться крайне востребованным качеством на экспортных рынках. Особенный интерес она также вызывает в контексте перспективных БПЛА концепции «верный ведомый» (loyal wingman), способных действовать в едином контуре с истребителями шестого поколения. Обычные ТРДД(Ф), как правило, слишком «прожорливы» или маломощны для скоростных и в то же время высокоавтономных дронов.
Однако для полноценного исполнения в форм-факторе БПЛА такие двигатели сначала должны быть миниатюризированы. Впрочем, этот вопрос представляет тему для отдельного разбора.
В табл. 2 представлены данные по известным проектам разработки перспективных ТРДД(Ф).
В настоящее время ни одна другая страна пока не заявляла о собственных образцах ТРДД(Ф) шестого поколения. Известно, что работы над такими двигателями ведет британская компания Rolls-Royce, однако речь, судя по всему, пока исключительно об эскизном проектировании. Считается, что такие двигатели лягут в основу совместного проекта Великобритании, Японии и Италии по созданию истребителя следующего поколения – Global Combat Air Programme (GCAP).
Между тем, конкретными наработками в области силовых установок сегодня обладает Япония. В 2018 г. компания IHI Corporation представила прототип перспективного ТРДДФ XF9-1. При его создании японские инженеры поставили уникальную задачу: добиться тяговых характеристик на уровне пятого поколения при минимально возможных массогабаритных характеристиках. XF9-1 развивает тягу на форсаже до 150 т при крейсерской тяге более чем в 100 т. При этом, как заявляют в IHI, новый прототип примерно на 10% уже и короче, а также на 20% легче американского двигателя F119. Потенциально это может говорить о достаточно впечатляющей тяговооруженности до 9,5 – 10 единиц.
Собственный проект создания авиационного двигателя нового поколения собирается развивать Франция с участием Германии и Испании в рамках проекта перспективного истребителя Future Combat Air System (FCAS). Однако пока что эта программа «застряла» на этапе переговоров о распределении финансирования между головными подрядчиками проекта – французскими компаниями Dassault и Safran, а также испано-германских подразделений Airbus Defense.
Наконец, значительный интерес вызывает российский ТРДД(Ф) «второго этапа» для истребителя Су-57. Ранее известный под индексом «Изделие-30», этот двигатель в конце 2023 г. получил обозначение АЛ-51Ф. Как сообщает пресса, с 2024 г. этой силовой установкой будут оснащать истребители Су-57 новой постройки. Хотя точные характеристики нового двигателя пока не раскрывают, считается, что его максимальная тяга на форсаже составляет до 18 т. При этом, по оценкам некоторых экспертов, масса двигателя составляет всего 1450 кг, что дает ему рекордную тяговооруженность более чем в 11,5 единиц. С таким двигателем Су-57, вероятно, сможет развивать скорость до 2,5 – 3 Мах, что сравнимо с возможностями специализированного перехватчика, такого как МиГ-31.
В этом контексте становится более понятен замысел проекта однодвигательного истребителя Су-75 Checkmate, представленного на авиасалоне МАКС-2021 и тогда довольно скептически принятого многими наблюдателями. Силовая установка на основе одного АЛ-51Ф создает примерно такую же тягу, как и пара двигателей F414, M-88-2 или EJ200 (на истребителях F-18E/F Super Hornet, Rafale и Eurofighter Typhoon), в то же время «экономя» примерно полтонны полезной нагрузки. Беспрецедентная тяговооруженность превращает АЛ-51Ф в идеальную платформу для дешевой однодвигательной тактической машины, сравнимой по назначению с «бестселлером» четвертого поколения – в виде истребителя F-16 Fighting Falcon. Так что этот двигатель может стать привлекательной основой для создания национальных истребителей следующего поколения в незападных промышленно развитых странах.
Подведем итоги. Как можно увидеть, границы между ТРДД(Ф) четвертого, пятого и шестого поколений сегодня оказываются максимально условными. Формальное лидерство США в области создания передовых образцов силовых установок оборачивается множеством конструктивных компромиссов – наиболее мощные американские двигатели банально слишком тяжелы и громоздки для использования в легких тактических истребителях. Это открывает разнообразные ниши конкуренции для достаточно дешевых, компактных и доступных двигателей российского и китайского производства.
В то же время на западных рынках могут появиться новые игроки в виде Японии, а также Южной Кореи и Турции, воспользовавшись бюрократическими, политическими и производственными «пробуксовками» европейских промышленных гигантов. Наконец, неизбежная пролиферация различных классов БПЛА, в том числе действующих совместно с пилотируемой тактической авиацией, создает особый интерес к экспортному будущему двигательных установок среднего и легкого класса. Этот сегмент мирового рынка вооружения мы рассмотрим в следующих выпусках журнала НОЗС.
©«Новый оборонный заказ. Стратегии»
№ 4 (87), 2024 г., Санкт-Петербург
