СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ
Высокий уровень проектирования и интеграции позволил команде разработчиков выполнить требования по массе систем и их стоимости путем их «расчленения» на подсистемы.
Многие традиционные связи между системами были разорваны для того, чтобы получить максимальную пользу от интеграции. Система управления, например, включает в себя интегрированные системы управления самолетом и двигателем. Интегрированная система контроля снимает информацию о работе систем через шину данных. Эти системы, равно как и система управления подвеской, имеют вид блоков, установленных в БЦВМ. Для этих трех систем используется 18 блоков-процессоров производства «Тексас Инструменте».
Система управления самолетом разработана фирмой «Лир Астроникс». Она имеет высокий коэффициент новизны и сильно отличается от ЭДСУ, использовавшихся ранее. F-22 - первый самолет с трехкратнорезервированной цифровой компьютеризованной СУ, не имеющей механического или электрического резервирования. Имеются две гидросистемы с давлением 276 кг/см2 (по другим данным - 380 кг/см2). Каждую поверхность управления приводит лишь один гидроцилиндр для экономии массы.
Система компенсации фиксирует поверхность управления в нейтральном положении при отказе гидроцилиндра привода.
Система управления (СУ) самолета управляет 14 поверхностями: горизонтальным оперением (ГО), элеронами, флаперонами, рулями направления, предкрылками, створками управления воздухозаборников и створками перепуска воздуха. Ограничений по углу атаки нет, вместе с тем, перегрузка и угловая скорость крена имеют ограничения в зависимости от режима полета, количества топлива в баках и наличной подвески для предотвращения перегруживания конструкции. Этот момент особенно важен при техобслуживании. В то время как F-16 имеет ограничения лишь по симметричным нагрузкам и может быть перегружен по угловой скорости крена, у F-22 в наличии полная защита от перенапряжений по всем режимам полета. Летчик физически не в состоянии перегрузить самолет.
Информация о режиме полета поступает в БЦВМ от малозаметной системы датчиков фирмы «Роузмаунт», включающей в себя два датчика угла атаки и четыре конформные панели в носовой части самолета. При углах атаки более 30° и в случае отказа системы в работу включаются две лазерно-гироскопические инерциальные пилотажно-навигационные системы LN-100 фирмы «Литтон», используемые для определения углов атаки и сноса.
Другие функции СУ самолета включают в себя: режим резкого вздергивания самолета, включающийся при резкой даче ручки в продольном направлении, режим воздушного торможения, при котором дополнительное сопротивление создается с помощью рулей направления, флаперонов и элеронов, сохраняющих и свои основные функции, а также управление носовой стойкой в трех режимах: малый радиус разворота, большой радиус разворота и режим самоориентирования, применяемый при выполнении «конвейера» - прерванной посадки.
Управление самолетом с помощью интегрированной системы контроля (ИСК) позволило отказаться от традиционных приборов в кабине и дополнительных дисплеев. В ИСК входят: электрическая, гидравлическая, топливная, климатическая системы, система жизнеобеспечения, ВСУ, шасси, тормоза, система автоматического информирования, диагностики, а также монитор конструктивной целостности и нагрузок
Двигатели приводят два генератора мощностью по 65 кВт (F-22 потребляет в основном постоянный ток) и два гидронасоса производительностью по 270 л/мин. ВСУ «Эллайд Сигнал» G-250 имеет мощность на валу 335 кВт и приводит 27-кВт генератор и топливный насос (100 л/мин), перекачивающий топливо из восьми баков в передней и средней части фюзеляжа, крыле и хвостовых балках в расходный бак Приемник системы дозаправки в воздухе находится на «спине» фюзеляжа и в нерабочем состоянии закрыт створками. Самолет можно заправить и на земле самотеком, без применения наземного топливозаправочного агретата (ТЗА).
«Полностью интегрированная» климатическая система фирмы «Эллайд Сигнал» снабжает самолет кондиционированным воздухом в течение всего полета. Она состоит из трех основных компонентов: системы циркулирования воздуха с открытым циклом для охлаждения БРЭО и наддува системы жизнеобеспечения, испарительной системы с замкнутым циклом для жидкостного охлаждения БРЭО, в т.ч. антенн, и системы терморегуляции топлива, используемого в качестве хладоагента - для предотвращения его возгорания.
Воздух, отбираемый от двигателей или ВСУ, охлаждается набегающим потоком в первичном теплообменнике. Так как охлаждение БРЭО необходимо производить с момента запуска двигателей, в тракты охлаждения при нулевой скорости воздух закачивается специальными компрессорами. Первично охлажденный воздух дополнительно рефрежирируется и поступает в систему обдува БРЭО, в т.ч. к системам управления самолета и ИСК. Система жидкостного охлаждения поддерживает температуру в отсеках БРЭО около +15° С и использует в качестве хладоагента полиальфаолифин. Топливо охлаждается набегающим потоком в специальных теплообменниках, его температура перед поступлением в двигатель регулируется специальной системой.
Шасси фирмы «Менаско» имеют электрическую СУ и гидропривод. Системы управления тормозами и передней стойкой шасси - цифровые. Система управления тормозами обеспечивает отсутствие юза основных колес и предотвращает блокировку колес на торможении при посадке и рулении.
Системы F-22 спроектированы устойчивыми к повреждениям так же, как и планер, причем любой одиночный отказ не может привести к отказу всей системы. Каналы управления зарезервированы, существует несколько независимых источников энергии, силовые приводы в большинстве дублированы, так что к катастрофе самолет могут привести лишь несколько серийных отказов, говорят разработчики.
МАТЕРИАЛЫ
На фирме «Локхид-Мартин» уже создана линия окончательной сборки, на которой с небывалой до настоящего времени точностью были собраны первые предсерийные самолеты.
Несмотря на внешнюю схожесть с прототипом, серийный самолет сильно отличается от него по внутреннему устройству - это результат нескольких инженерных итераций, имевших целью уменьшение массы, а также с целью упрощения технологии производства и снижения его стоимости. Наиболее существенные изменения были внесены в ассортимент применяемых материалов. На прототипе 32% от массы планера составлял алюминий, 27% - титан и 21% - композиты. Для серийного самолета эти процентовки составили соответственно 16, 39 и 24%.
Процент применения титана был увеличен в ущерб алюминию для увеличения сопротивляемости нагрузкам, температурам и повреждениям. Изначально композиты должны были составлять 35% по массе, но соображения стоимости заставили снизить массовый процент примененных в конструкции термопластов с 11 до 1%.
В конструкции применены два титановых сплава -Ti6-2-2-2-2 и Ti6-4. На F-22 впервые применен последний сплав в виде горячих изостатических штамповок - обтекателей приводов флаперонов, элеронов и рулей направления, зализов крыла и окантовок воздухозаборников. Их производит фирма «Хаумет». Все они воспринимают большие нагрузки.
Хвостовые балки, воспринимающие крутильные и термические нагрузки, на прототипах были выполнены из сплава Ti6-4, упрочненного электронным пучком. Дополнительное упрочнение производится в вакуумной камере струей воздуха в ходе процесса, управляемого компьютером, позволяющего равно упрочнить балку со всех сторон. В более раннем процессе было возможно лишь упрочнение прямолинейных поверхностей. Для экономии массы на серийных самолетах было решено выполнить хвостовые балки из композита.
Каждый третий композитный лонжерон крыла в ходе доработок был заменен на титановый после пожарных испытаний, в ходе которых выяснилось, что конструкция не способна выдержать разрыв снаряда в крыльевом баке - отсеке. Титан также применен в четырех из семи фюзеляжных силовых шпангоутах (прецизионные отливки, фирма «Уаймэн-Гордон»). Титановые сотовые наполнители имеются в конструкции створок двигательного отсека. Их производит фирма «Pop».
Титановые решетки отверстий забора воздуха, необходимые для снижения ЭПР, имеют сотни прецизионно прорезанных гидроабразивной струей отверстий. Алюминий применен исключительно в виде коррозионно устойчивых сплавов. Силовой лонжерон, соединяющий носовую и среднюю части фюзеляжа, является наиболее сложной алюминиевой деталью - длина его составляет 5,5 м при переменном поперечном сечении. Для этой детали был подготовлен специальный режим термообработки.
Углеволоконные композиты используются в панелях обшивки, промежуточных лонжеронах крыла, несиловых шпангоутах, дверях и прочих узлах.
При разделке углепластиковых панелей применяются лазерная компьютеризованная разметка и высокоточный стальной разделительный инструмент фирмы «Инвар».
Термопласты применяются там, где нужна лишь жесткость - в конструкции шасси, створок отсека вооружения и т. д.
Наиболее ответственной композитной деталью является ось навески ГО, бывшая на прототипе титановой.
СПЕЦИАЛЬНАЯ ОКРАСКА
Здание L-64 на заводе в Мариэтте - не покрасочная мастерская, но здесь самолеты будут проходить покраску перед отправкой на проверку величины ЭПР. Каждый из F-22 будет проводить здесь около 20 дней для автоматического нанесения окраски покрытием, снижающим ЭПР. Это не покраска в традиционном понимании.
На самолет будет нанесено спецпокрытие, это сделает робот стоимостью 5 млн. долл. Робот меньших размеров будет наносить покрытие на демонтируемые части.
Большой робот-манипулятор с девятью суставами является модификацией агрегата, разработанного фирмой «Пратт-Уитни» для нанесения лакокрасочных покрытий.
Робот размещен на автоматической самодвижущейся платформе фирмы «Ментор Текнолоджиз», которая по мере нанесения покрытия огибает самолет по подковообразному пути.
Для испытания покрасочной системы фирмой ATI был построен алюминиево-фиберглассовый макет самолета, точно повторяющий его внешнюю форму и доработанный с помощью системы САПР CATIA.
Распыление происходит на расстоянии 250 мм, мелкие детали окрашиваются с дистанции 150 мм. Камуфляж наносится путем отсечки краски, без применения масок.
Основным критерием при покраске с помощью робота была не стоимость, а равномерность и равная толщина покрытия, а также уменьшение количества технологических операций.