ГЛАВА 18

 

Проработав 14 лет вместе с отцом, я занимался вопросами обоснования характеристик боевых самолетов, рождавшихся в отделе технических проектов, о чем и рассказал выше. Поэтому за рамками моего внимания остался еще большой объем работ, проблем и намерений, относящихся к созданию пассажирских самолетов.

Отец считал единственным авторитетом в области аэродинамики и аэродинамической компоновки самолетов Туполева и поэтому с осторожностью относился к рекомендациям ЦАГИ, хотя с его ведущими специалистами, работающими с ОКБ, — В. Г. Микеладзе, Б. Н. Фролищевым, Ю. Г. Якимовым, Р. И. Штейнбергом и другими — поддерживались очень тесные контакты. Следует учесть, что период становления Сергея Михайловича как специалиста пришелся на время работы вместе с Андреем Николаевичем сначала в заключении с 1938 по 1941 год, а потом в войну с 1941 по 1945 год, когда влияние ЦАГИ на работу ОКБ Туполева было незначительным. Поэтому такое отношение отца к ЦАГИ можно понять.

Сергей Михайлович создал в бригаде общих видов, которой руководил Глеб Васильевич Махоткин, небольшую группу аэродинамики и с их расчетами, подкрепляющими общие виды и компоновку самолета, выходил к Андрею Николаевичу. В этой группе работал Максимов Владимир Акимович, ставший позже, как и Сергей Михайлович, начальником отдела техпроектов, лауреатом Государственной премии. Дальнейшее изложение, в котором затрагиваются некоторые аспекты проектирования пассажирских самолетов, приводится прежде всего с его слое и со слое непосредственных участников этих работ.

Развитие отечественной гражданской авиации с газотурбинными двигателями (ГТД) принято делить на несколько поколений.

Задачей первого поколения самолетов с ГТД была необходимость резкого увеличения объема пассажирских перевозок. Страна понемногу отходила от последствий войны. Парк небольших поршневых самолетов уже не соответствовал новым потребностям. Надо было дать гражданской авиации машины, соответствующие уровню военного самолетостроения. В ОКБ Туполева первыми почувствовали эту ситуацию. К тому же имелся опыт разработки пассажирского Ту-70 на базе бомбардировщика Ту-4. Поэтому создание первого в мире реактивного пассажирского самолета Ту-104, поступившего на трассы ГВФ в 1956 году и созданного на базе фронтового ударного самолета Ту-16, было уже технической задачей, где на основе существующей конструкции решались проблемы пассажирского обеспечения, например создания надежной герметизированной кабины диаметром 3,5 м и длиной около 25 м.

Аналогично решалась и задача создания самолета Ту-114 как модификации самолета Ту-95.

Уменьшенной копией самолета Ту-104 был самолет Ту-124 (1961 год) для местных авиалиний, где уже учитывались пожелания «Аэрофлота» за период 5-летней эксплуатации Ту-104, и, с целью уменьшения расхода топлива, впервые в мире на гражданских самолетах устанавливались двухконтурные двигатели.

 

 

_{Первый полет Ту-124 в Таллин. В центре — Туполев, Егер, Марков и министр гражданской авиации Логинов}

В соответствии с принятой в настоящее время терминологией Ту-124 можно отнести к поколению «один-плюс». В первое поколение включаются также отечественные самолеты с турбовинтовыми двигателями Ан-10 (1957 год), Ан-24 и Ил-18 (1959 год).

Ко второму поколению относятся самолеты Ту-134 (1964 год) и Ил-62 (1965 год), которые до сих пор находятся в коммерческой эксплуатации. Создание Ту-134 уже опиралось на опыт эксплуатации как своих, так и зарубежных реактивных пассажирских самолетов. По сравнению с Ту-124 предусматривалось улучшение взлетно-посадочной и крейсерской аэродинамики, повышение комфорта пассажиров, уменьшение шума двигателей и др.

Пол Даффи и Андрей Кандалов в книге «А. Н. Туполев человек и самолет» пишут, что задание создать малошумный самолет, перенося двигатели на хвост, дал Андрею Николаевичу Н. С. Хрущев после полета по Франции на «Каравелле».

Очевидно, справедливы слова Л. Л. Кербера: «Обдумывая, как лучше решить поставленную задачу, Андрей Николаевич предложил: сохранив конструкцию фюзеляжа, удлинить его на два метра, перенеся двигатели к хвосту. Это повысит качество крыла, и машина станет легко управляемой. К тому же эти предложения позволят заводу легко перестроить производство на выпуск новой модели». Удлинение фюзеляжа было продиктовано также соображениями центровки при утяжеленном хвосте.

Суммируя, можно сказать, что переход от первого поколения реактивных пассажирских самолетов ко второму определялся, главным образом, техническим прогрессом, возможностью с малыми затратами получить лучшие технические характеристики.

Самолет Ту-154 представляет уже третье поколение, основные принципы проектирования которого существенно отличались от принципов создания предыдущих пассажирских самолетов.

 

 

_Ту-154

Во время разработки Ту-154 создавалась и формулировалась совершенно новая философия проектирования пассажирских самолетов в Советском Союзе. Главным требованием к этому самолету стало кардинальное повышение экономических показателей с учетом и в условиях регулярной эксплуатации. Летные характеристики становятся уже не основополагающими, а вытекающими из этих требований.

Экономика воздушных перевозок, экономическая эффективность самолета — сейчас это является само собой разумеющимся основным показателем пассажирского самолета. Однако в то время, в 60-е годы, это только начинало осмысливаться.

Сергей Михайлович создает в отделе технических проектов специальную бригаду экономики. Руководить ею приглашается профессиональный экономист, сотрудник ГосНИИГА, Вадим Петрович Гальковский. Разворачиваются серьезные исследования. Отец непосредственно участвует в них. Он налаживает тесное сотрудничество с ГосНИИГА, которое в условиях существования единственной государственной авиакомпании «Аэрофлот» является, по существу, техническим заказчиком самолетов. Начальник ГосНИИГА, а позже заместитель министра гражданской авиации Кулик Михаил Маркелович становится частым гостем в кабинете Сергея Михайловича.

Подход на основе экономики при существовавших в то время очень низких ценах на топливо потребовал максимально возможное увеличение скорости. Ставилась задача обеспечить самолету Ту-154 экономическую крейсерскую скорость 900–950 км/ч, поскольку уже выше при обтекании крыла потоком воздуха начинаются сверхзвуковые явления. Эта скорость больше, чем у всех разрабатываемых самолетов того времени. Да и в настоящее время попытка превысить это значение крейсерской скорости была предпринята на проекте самолета «Super Cruser» фирмы «Боинг» с той же целью повышения экономичности перевозок. Но этот проект остался нереализованным.

Поэтому для самолета Ту-154 было выбрано сравнительно тонкое крыло умеренного удлинения со стреловидностью 35°. Той же цели, то есть наивыгоднейшим условиям крейсерского полета, отвечал и создаваемый профиль крыла. Но такое в какой-то мере узкое решение могло бы отрицательно сказаться на взлетно-посадочных характеристиках самолета. Для получения оптимального решения Сергей Михайлович впервые организует в отделе техпроектов широкие параметрические исследования для определения влияния конструктивных и аэродинамических параметров самолета, таких, как площадь крыла, энерговооруженность, взлетно-посадочные характеристики и т. д., на основные эксплуатационные показатели.

Выявляются основные закономерности и взаимное влияние многочисленных характеристик, впервые осознается и реализуется системный подход к обоснованию облика летательного аппарата.

Как замечал отец, вместе с разработкой самолета Ту-154 формировался научный подход, наука проектирования пассажирского самолета. Эти исследования и их результаты стали содержанием курса лекций для студентов самолетостроительного факультета МАИ.

Учебник «Проектирование пассажирских самолетов», написанный Сергеем Михайловичем в это время, начинается словами: «Первой задачей, которая встает перед конструкторами пассажирского самолета в начале проектирования, является обеспечение наибольшей экономичности этого самолета».

Там же во введении формулируются основные положения этой методологии: «Особенностью проектирования пассажирских самолетов является необходимость обеспечения в первую очередь:

а) высокой экономичности перевозок,

б) максимальной безопасности перевозки пассажиров:

в) определение жизненных условий для пассажиров во время полета и максимального комфорта,

г) возможность совершать рейсы даже в тяжелых метеорологических условиях для получения высокой регулярности полетов по расписанию»

К этому следует добавить еще одно, специфическое в то время для нашей страны условие — возможность эксплуатации самолета с имеющихся взлетно-посадочных полос (ВПП).

Это последнее требование крайне важно. Было горячее желание обеспечить взлет и посадку самолета на аэродромы по всей территории Советского Союза, дать возможность населению выбраться из любого «медвежьего уголка» страны. Ту-154 приходил на смену Ту-104. Но даже и он в начальный период эксплуатации вынужден был использовать на посадке тормозной парашют. Не хватало длин ВПП, бетонные покрытия небольшой толщины не обладали достаточной прочностью, плохое качество бетона приводило к выкрашиванию. Проседание и износ бетонных плит обуславливал появление ступенек на ВПП. А ведь самолет Ту-154 на 20 тонн тяжелее Ту-104. Впервые экономика самолета рассматривалась на реальной сети авиационных трасс и аэродромов.

Необходимы были принципиально новые разработки, чтобы гарантировать эксплуатацию Ту-154 на аэродромах, принимающих турбовинтовые самолеты Ил-18 и Ан-10. Удовлетворить эти требования удалось благодаря высокому уровню механизации крыла: введению впервые на советском пассажирском самолете предкрылков, обслуживающих переднюю кромку крыла, интерцепторов и мощных откатных трехзвеньевых щелевых закрылков.

Размах закрылков на Ту-154 за счет сокращения размаха элерона доведен до 75 % длины крыла. А уменьшение размаха элерона компенсировано использованием интерцепторов, как органов поперечного управления.

Анализировалось влияние хорды закрылка на его характеристики. Было установлено, что при небольших приростах подъемной силы закрылок с малой хордой обладает лучшим аэродинамическим качеством. Малая хорда выгодна при взлетах с пониженной тяговооруженностью, например в условиях жары и высокогорья. Однако при посадке у закрылка с такой хордой есть серьезный недостаток — у него невелик коэффициент подъемной силы Сочетание благоприятного влияния малой хорды во взлетном положении механизации с большими значениями Су максимум на посадке обеспечивается использованием эффекта переменной хорды.

Обоснование эффекта переменной хорды было большим достижением в исследованиях. Реализовалось это так.

Закрылок на самолете Ту-154 состоит из перемещаемых относительно друг друга трех элементов: дефлектора, среднего звена и хвостика. Для плавного обтекания закрылка на больших углах отклонения (более 25) между его звеньями открываются профилированные щели. На малых же углах, пока плавное обтекание закрылка не нарушено, щели нежелательны, так как они несколько увеличивают сопротивление трения и, следовательно, уменьшают аэродинамическое качество. Поэтому в оптимальном варианте число щелей, как и хорда, должны изменяться в зависимости от положения закрылка. На взлетном режиме при углах отклонения закрылка 28° специальный механизм прижимает дефлектор к крылу. В потоке находятся только среднее звено и хвостик, образуя двухщелевой закрылок умеренной хорды. А на посадке, при угле отклонения 45° работают все секции трехщелевого закрылка с увеличенной эффективной площадью. Она создается за счет отката закрылка и раздвижения его звеньев.

Применение указанной схемы закрылков и кинематики их отклонения одновременно с предкрылками позволило добиться на самолете Ту-154 максимального коэффициента подъемной силы 2,5–2,7 при достаточно высоком значении аэродинамического качества — по сравнению со значением коэффициента максимальной подъемной силы 1,35—1,45 на чистом крыле.

Однако исследования по созданию оптимальной механизации крыла были лишь одним из направлений работ по обеспечению использования в эксплуатации сети существующих аэродромов. Стала очевидной необходимость уменьшения давления на бетонные плиты ВПП во время взлета и посадки самолета, то есть разработки нового многоколесного шасси.

Еще ранее в отделе техпроектов Сергей Михайлович организовал небольшую группу самолетных механизмов, возглавляемую Фокиным Николаем Дмитриевичем, куда входили молодые талантливые инженеры-исследователи — такие, как Леша Семенов, Феликс Волошин, Толя Федько и другие. Они работали в тесном контакте с бригадами шасси и управления ОКБ, практически ежедневно бывая друг у друга. Но эта группа позволяла отцу реализовать в конкретном схемном решении новые идеи в области механизации не отрывая от работ по выпуску чертежной документации основные бригады ОКБ. Этой группе Сергей Михайлович и поручил разработать предложения по новой схеме шасси.

В результате длительных поисков, к которым подключилась и бригада шасси Я. А. Лифшица, родилась схема трехосевой шестиколесной тележки основного шасси, где при уборке в гондолу крыла стойка укладывалась в промежутке между двумя рядами колес, а тележка разворачивалась на 180° в вертикальной плоскости.

Эта схема оказалась уникальной и высокоэффективной в габаритно-весовом отношении. Достаточно сказать, что при проектировании самолета «Боинг-777» сорок лет спустя представители фирмы «Боинг» приезжали в ОКБ консультироваться по этому вопросу.

Необходимо отметить, что во время проектирования самолета Ту-154 также впервые в СССР было осознано и сформулировано требование по экологии. В отделе технических проектов проводились исследования по снижению шума на местности при взлете самолета. Ту-154 имел повышенную энерговооруженность по сравнению с имевшимися в то время машинами. Двухконтурные двигатели НК-8У обладали еще малой степенью двухконтурности, велика была роль истекающей струи газов в создании звукового давления. Предлагаемые конструкции глушителей струи приводили к значительным потерям тяги. В результате длительных расчетов была выбрана оптимальная тяговооруженность самолета и оптимальная в смысле шума траектория взлета, с крутым отходом от земли и резким дросселированием двигателя при полете над «точкой замера», то есть после выхода за границу аэродрома. Позже при формулировании ИКАО нормативов по шуму самолет Ту-154 оказался полностью удовлетворяющим предъявленным требованиям.

Не осталось без внимания и требование безопасности перевозки пассажиров. Впервые в практике отечественного самолетостроения на Ту-154 введено тройное дублирование основных систем самолета — электрической, гидравлической, системы управления.

Также впервые устанавливаются гидроусилители систем управления элеронами, закрылками, рулями высоты и направления, в полтора — пять раз снижающие усилия, прилагаемые летчиком при управлении самолетом.

Следует отметить, что, как указывают Даффи и Кандалов, «это был как раз конец золотого века советской авиационной промышленности; имеющиеся ресурсы для создания новых самолетов, в первую очередь для гражданской авиации, в последующие годы резко сократились, впервые после 30-х годов разработка нового проекта оказалась в прямой зависимости от возможностей ЭКОНОМИКИ».

 

 

_{С. М. Егер представляет А. Н. Косыгину Ту-154}

Разработка принципиально новой конструкции, не основанной на опыте военного предшественника, требовала больших материальных затрат. Поэтому впервые в практике отечественного самолетостроения было принято решение провести конкурс между ОКБ Туполева, Ильюшина и Антонова за право получить ответственное и очень интересное в творческом плане задание на разработку самолета.

После изучения представленных документов Министерство гражданской авиации остановило свой выбор на предложениях ОКБ Туполева. Во многом это решение определялось проведенными в отделе техпроектов расчетами экономичности воздушных перевозок на проектируемом самолете.

Таким образом, Сергей Михайлович полностью реализовал на Ту-154 осознанную им новую философию проектирования пассажирских самолетов, основанную как на опыте предыдущих работ по самолетам гражданской авиации, так и на научном предвидении направления развития этой отрасли авиастроения.

Мысли, взгляды и опыт проектирования Ту-154 оказались крайне важными для развития всего отечественного самолетостроения. Поскольку вся исследовательская работа велась в тесном взаимодействии с ГосНИИГА, то ее результаты во многом вошли в разрабатываемые в то время «Нормы летной годности самолетов» (НЛГС), ставшие требованиями ко всем разрабатываемым самолетам.

Так с первых же страниц в п. 1.2.13 «НГЛС-1», вышедших впервые в 1967 году, целями эксплуатационных испытаний объявляются:

«— выявление условий, обеспечивающих регулярность полетов;

— предварительное определение экономичности эксплуатации;

— оценка комфорта для пассажиров и экипажа и удобства перевозки багажа, почты и грузов;

— уточнение трудоемкости технического обслуживания и штатной численности обслуживающего персонала…»

Сравните эти формулировки с приведенными выше отрывками из учебника Сергея Михайловича «Проектирование пассажирских самолетов», опубликованного в 1964 году.

Могу утверждать, что деятельность ОКБ Туполева, в том числе и Сергея Михайловича, заставляла развиваться гражданскую авиацию. Самолеты, которые предлагало ОКБ в начальный период, чаще всего не ждали в «Аэрофлоте», зачастую сопротивлялись их внедрению. Так было с самолетом Ту-70. Самолет Ту-104, ставший «эпохой» в отечественной гражданской авиации, потребовал создания бетонных полос. Самолет Ту-114 вынуждал удлинить эти полосы, внедрить системы аэродромного обеспечения. Освоение реактивной авиации — Ту-124, Ту-134, Ту-154 — диктовало требования нового уровня пассажирского обслуживания, технического обеспечения эксплуатации самолетов.

То. что это была очень напряженная, ответственная и тяжелая работа, говорит хотя бы тот факт, что Сергей Михайлович, назначенный А. Н. Туполевым главным конструктором самолета Ту-154 с середины 60-х годов вместо Дмитрия Сергеевича Маркова, прошел с этим самолетом путь от осевой линии на первом чертеже до эксплуатации самолета в российских и зарубежных компаниях.