Необходимость увеличения маневренности оказала основное влияние на облик самолета. Уже было признано, что генезис сверхзвукового крыла малого удлинения зашел в тупик, и предстоит возврат к высоконесущим крыльям с умеренными значениями стреловидности и удлинения. В те годы входило в моду так называемое синусоидальное крыло, линия фокусов сечений которого напоминала синусоиду – считалось, что это поможет затянуть срывные явления до больших углов атаки. Такое крыло, обещавшее рост подъемной силы, и было решено применить на ПФИ.
К тому времени был накоплен некоторый опыт проектирования систем управления самолетов с заниженным или вовсе отрицательным запасом продольной статической устойчивости. Такие компоновки отличались большей несущей способностью на дозвуке за счет того, что аэродинамическая сила стабилизатора направлена вверх – так же, как и на крыле. При сверхзвуковых скоростях они отличались пониженным балансировочным сопротивлением. Но главное – они значительно сокращали время реакции самолета на отклонение ГО, т.е. могли резко повысить маневренность ПФИ. С другой стороны, для устойчивого полета на такой машине необходимо все время парировать стабилизатором внешние воздействия, стремящиеся вывести ее из равновесия, что под силу только компьютеризированной системе управления.
Вторым важнейшим фактором, отразившимся на облике истребителя, было его необычайно мощное вооружение. ПФИ должен был нести 2-4 ракеты большой или средней дальности, 4-6 ракет малой дальности и пушку. Если перехватчику предыдущего поколения для обороны объекта над своей территорией было достаточно всего 2-4 ракет (он мог выпускать их даже в одной атаке, после чего его заменяли бы свежие силы), то ПФИ предстояло «играть на выезде», где численное превосходство изначально будет у противника и может возрастать по ходу боя. Предполагалось, что новый самолет получит РЛС с фазированной антенной решеткой и перспективные ракеты большой дальности К-33, средней К-25 и малой К-14. В качестве резерва рассматривался вариант с РЛС «Сапфир-23МР» на базе станции, стоявшей на МиГ-23МЛ, которая обеспечивала применение серийных ракет P-23P/T.
СЛМТ-10 – динамически подобная модель Т-10
Модели «самолета изменяемой компоновки»
Опытный самолет Т10-1 в сборочном цехе
Основываясь на этих рассуждениях, а также стремясь к получению минимального сопротивления самолета в широком диапазоне чисел М, осенью 1969 г. Антонов выполнил первые эскизы его общего вида, применив интегральное сопряжение крыла с фюзеляжем, боковая проекция которого представляла собой деформированный крыльевой профиль. Двигатели он разместил в раздельных отсеках, воздухозаборники которых находились под развитыми корневыми наплывами крыла. Большая часть площадей поперечных сечений самолета находилась ниже крыла, что способствовало возникновению над ним интенсивного разрежения и повышению подъемной силы – это соответствовало требованиям так называемого дифференциального правила площадей. Компоновка истребителя, получившего фирменный шифр Т-10, получилась необычно красивой. Однако в ЦАГИ проект не встретил поддержки, а это учреждение на данном этапе играло первую скрипку. Там продвигали свою концепцию ПФИ на базе компоновки МиГ-25. Под нажимом министерства ОКБ Сухого проработало и такой вариант, названный Т10-2.
В 1971 г., как только процесс согласования требований к ПФИ завершился, министерство официально объявило конкурс на создание нового истребителя. ОКБ А.И. Микояна подготовило проект МиГ-29, А.С. Яковлева – Як-47, а истребитель П О. Сухого, представляемый как в исходном варианте Т10-1, так и в варианте Т10-2, получил наименование Су-27. В середине 1972 г. итоги конкурса подвели и победителем объявили проект Т10-1.
«Самолет изменяемой компоновки»
Эскизное проектирование ПФИ было поручено бригаде Л. И. Бондаренко, но к тематике постепенно подключались другие подразделения. Главным конструктором по самолету стал Н.С. Черняков, а на уровне руководства тему курировал первый зам Сухого Е.А. Иванов. Работа началась с углубленного анализа уже существовавших схем истребителя и создания новых, в большей или меньшей степени отражавших влияние ЦАГИ. За короткое время было выполнено столько вариантов общего вида, что Т-10 получил прозвище «самолет изменяемой компоновки». Каждый из вариантов просчитывался, из них выбирались лучшие и продувались в аэродинамических трубах. Круг поиска постепенно сужался, пока не замкнулся на компоновке, напоминавшей первый общий вид образца 1970 г., но все же представлявшей собой компромиссное решение.
Опытный самолет Т10-1 перед началом заводских испытаний
Самолет Т10-1 в первом полете и на стоянке аэродрома ЛИИ
Основными направлениями исследований были: определение оптимальной геометрии корневых наплывов, компоновка оперения, обеспечивающего заданные характеристики устойчивости на всех режимах полета, поиск путей дальнейшего повышения маневренности. Одним из таких путей стало деформирование срединной поверхности крыла, что позволило значительно повысить не только подъемную силу, но и аэродинамическое качество. Так, на основных режимах боевого маневрирования качество деформированного крыла с наплывом в 1,5 раза превысило показатель традиционного крыла. Применение средств механизации крыла еще более улучшило несущие свойства. При этом пришлось разрабатывать систему управления механизацией, способную выбирать углы ее отклонения в зависимости от меняющихся условий полета. Сознательное использование вихревой системы, генерируемой наплывами, дало возможность летать на невиданных ранее углах атаки. Однако при достижении больших углов давление в вихрях начинает пульсировать, и возникает тряска, при которой истребитель еще не сваливается, но летчик уже не может выполнять прицельную стрельбу. Поэтому в ходе проектирования маневренного самолета необходимо точно знать границы возникновения тряски, затянуть ее начало и ограничить интенсивность. Решить эту сложнейшую задачу позволила серия модельных экспериментов, для которых использовалась аэродинамическая труба Т-203 в СибНИИА.
Статически неустойчивая компоновка потребовала очень сложной системы дистанционного управления (СДУ), все функции которой сразу реализовать не удалось. Тогда задачу попытались упростить, отказавшись от механизации передней кромки, а функции флаперонов (установка которых предусматривалась ранее) разделив между элеронами и закрылками. СДУ самолета Т-10 прошла опережающую отработку на летающей лаборатории «100ЛДУ», основой которой послужил Су-7У. Под влиянием ЦАГИ относительная толщина наплывов была уменьшена, а площадь – увеличена. Это привело к значительно более выраженной носовой части фюзеляжа. В таком виде было решено строить первый опытный Су-27.
Свой путь преобразований проходили двигатели, бортовое оборудование, вооружение. Довольно скоро выяснилось, что принятые в качестве исходных характеристики этих составляющих авиационного комплекса слишком оптимистичны. Для Су-27 были выбраны ТРДДФ АЛ-31Ф, которые проектировались в МКБ «Сатурн» бригадой В.К. Кобченко под общим руководством A.M. Люльки. Аванпроект предусматривал создание не только мощного и экономичного, но компактного и легкого высокотемпературного двигателя с монокристаллическими неохлаждаемыми лопатками турбины. С учетом предполагаемого расширения режимов полета в трансзвуковой зоне требовалось значительно повысить запас его газодинамической устойчивости. Однако тогда в СССР опыта создания форсажных двухконтурных двигателей еще не было, и конструкторы АЛ-31Ф частенько «оглядывались» на двигатель F100-PW-100 самолета F-15. Именно под влиянием информации о нем в АЛ-31Ф добавили дополнительную ступень компрессора низкого давления, в результате размеры и масса двигателя возросли. Монокристаллические лопатки создать также не удалось, пришлось отбирать от компрессора воздух на охлаждение обычных, что увеличило расход топлива.
Состав радиоэлектронного оборудования Т-10 от истребителей предыдущего поколения отличался существенно. Так, впервые в мировой практике его прицельное оборудование, как и оборудование МиГ-29, должно было состоять из двух взаимодополняющих каналов – радиолокационного и оптико- электронного. Разработка нового радиолокатора для прицельного комплекса РЛПК-27 была задана постановлением Правительства в 1976 г. и предусматривала создание станции, превосходящей РЛС AN/APG-63 истребителя F-15A. Радиолокатор «Меч» задумывался Главным конструктором НИИ приборостроения В.К. Гришиным как уменьшенный вариант станции «Заслон» перехватчика МиГ-31 с электронным сканированием в двух плоскостях. Но трудности с самим «Заслоном» привели к тому, что НИИП потерял самостоятельность, влившись во вновь образованное НПО «Фазотрон», а идеологию станции упростили. От электронного сканирования в двух плоскостях отказались, перейдя на механическое по азимуту. В таком варианте и была построена РЛС Н001 «Меч», однако злоключения на этом не закончились.
