- Среда. Про авиацию, полеты ✈️ самолеты и двигатели
Если найдете недочеты, ошибки, упущенные интересные детали, обязательно пишите в комментариях. Уже поступило много как позитивных, так и критичных отзывов, ценю каждого участника.
Вдохновение и тревоги
Легендарный самолет Ту-104 совершил свой первый полет в мой день рождения - тоже 17 июня, но было это в далеком 1955 году, за 17 лет до того, как я появился на свет. А эксплуатироваться начал с 15 сентября 1956 года. Его история и славная и трагичная. А причины катастроф не удавалось понять сразу. Позже я поделюсь своими мыслями на эту тему, как правильными, так и неправильными. А также официальными результатами, выводами, схемами, пояснениями.
Рассказывают, что Хрущев настолько был вдохновлен этим лайнером, что еще до завершения испытаний требовал лететь именно на нем на политическую встречу в Лондон. Это был 1955 год. Однако Туполев переубедил Никиту Сергеевича, ведь пока имелись только опытные образцы, не ровен час, и авария могла случиться. И, все-таки, глава СССР потребовал, чтобы один опытный самолет пригнали в аэропорт Лондона вместе с официальной делегацией. Что и было сделано. Пилотировали их летчики-испытатели. В Лондоне в аэропорту Хитроу лайнер тут же окрестили "Русским чудом". Британские "Кометы" - тоже реактивные лайнеры - пережили серию катастроф и находились в процессе доработки. Таким образом СССР вырывался в авангард пассажирской реактивной авиации.
В мае 1958 года Ту-104 привозят на международную выставку в Брюсселе. Там он производит фурор. Однако впереди у этого лайнера будет не все так гладко, как хочется сначала верить.
В Брюссель самолет "доставляет" Гарольд Кузнецов. Посетители выстраиваются в длинные очереди только для того, чтобы побывать в салоне "Русского чуда". Прорыв, совершенный инженерами Страны Советов, становится неоспоримым на Западе.
Интересно, что после возвращения в СССР, Кузнецова сразу с же задерживают и отвозят в КГБ. Какой повод? Перед отлетом в Бельгию на выставку, самолет показали руководству партии. Когда Гарольд Кузнецов производил руление, реактивной струей сбило шляпу с головы члена Политбюро Шипилова. Вывод - умышленная насмешка, наказать пилота сразу по возвращению. Кузнецова снимают с должности и на полгода назначают вторым пилотом.
В фильме о Ту-104, который вышел на телеканале "История" (источник) рассказывают, что вместо работы второго пилота Кузнецов продолжает участвовать в испытаниях Ту-104 и старается доказать начальству, что есть недоработка - низкая эффективность рулей высоты, то есть они не создают достаточного усилия, чтобы справиться с подбросом. Но его слова так и не принимают в расчет.
Было ли такое?
Нет, ибо Кузнецов - пилот, а не летчик-испытатель. Поэтому история борьбы с подхватами началась после его гибели. Но об этом - чуть позже.
Думаю, важно сказать, что Кузнецов, как и все первые летчики реактивной гражданской авиации, был опытным пилотом. Участвовал в Великой Отечественной войне с 1941 года, а с 1944го был пилотом Ли-2 и С-47, успел совершить 231 боевой вылет на линию фронта и в 1945 году награжден орденом Красной Звезды. Поэтому в принципе я допускаю мысль, что он мог как-то высказываться о характеристиках лайнера и замечал то, что можно улучшить. Но это - не про "подхват".
Ту-104 довольно успешно эксплуатировался почти два года, пока не наступила "черная полоса".
Первое трагическое происшествие, связанное с "подбросом" или "подхватом" произошло 15 августа 1958 года во время рейса Хабаровск-Иркутск. На эшелоне в 215 километрах северо-западнее Хабаровска самолет подбрасывает, он переворачивается и сваливается в штопор. Все, и экипаж, и пассажиры, гибнут. Причины этого явления поначалу не были ясны. Официально все списывают на ошибки пилотов.
Жертвой одной из катастроф чуть не стал поэт Андрей Вознесенский.
Задержавшись в ресторане в Иркутске, он опаздывает на самолет, и багаж улетает без него. Прилетев в Москву следующим рейсом и обращаясь за багажом, он слышит слова: "Самолет разбился". Однако и он, и большинство советских граждан с удовольствием продолжали летать на Ту-104.
Надо сказать, что лайнер, несмотря на недоработки, использовали по полной и в испытаниях, и в военных целях, и даже для тренировки космонавтов. В общей сложности самолет установил 26 мировых рекордов скорости и высоты и перевез за свою жизнь более 10 миллионов пассажиров!
Трагедия в октябре
В октябре 1958 года Гарольд Кузнецов возвращается на место командира экипажа. Ему 35 лет. В фильме на канале "История" (ссылка) рассказывается, что к концу этого года летчик имеет уже более 1000 часов налета на Ту-104.
Интересно, что Гарольд Кузнецов после развода один воспитывает дочь. Поэтому ему приходится "организовывать" кого-то для присмотра за ней, если он летает в дальние рейсы.
Вне своей очереди он летит в Пекин, поменявшись с другом, Анатолием Горбачевым. Дочь он на время рейса отвозит к бывшей жене.
17 октября 1958 года поздним вечером рейс с первым пилотом Гарольдом Кузнецовым возвращается из Пекина в Москву. Но из-за погоды (низкая облачность, туман) Москва перестает принимать самолеты. В Нижнем Новгороде тоже погода испортилась. Поэтому диспетчеры разворачивают рейс на Свердловск (Екатеринбург).
Кузнецов меняет курс над территорией Чувашии.
Во время разворота происходит тот самый "подхват". Лайнер предположительно попадает в восходящий турбулентный поток на высоте порядка 10 тысяч метров. Это резко увеличивает угол тангажа (самолет задирает нос). Реакции пилотов и стабилизирующей силы рулей высоты не хватает, самолет взмывает вверх, а затем происходит сваливание. Падение продолжается почти 2 минуты.
Несмотря на весь свой опыт, Гарольду Кузнецову не удается вывести машину из неуправляемого падения.
Самолет, экипаж и пассажиры гибнут...
Эта была та катастрофа, которая изменила мнение Туполева и других специалистов.
В сети достаточно часто встречается информаци о том, что Кузнецов все время докладывал о каждом моменте падения (здесь), благодаря чему и было решено доработать стабилизаторы и рули высоты. На самом деле на сайте airdisaster.ru (здесь) вы можете прочитать расшифровку последних слов Гарольда Кузнецова. Он не говорит ничего о действиях, производимых летчиками. Кроме одного - он произнес очень важную, на мой взгляд, фразу: "Бросило машину!"
В результате "подхват" стал изучаться серьезнее. И было выяснено, что действительно имело место попадание в мощный восходящий поток, подъем и сваливание в неуправляемое падение. Однако не только слова летчика привлекли самое пристальное внимание к этой трагедии. Была и еще крайне существенная причина, которую скоро обсудим.
А вот эпизод из воспоминаний дочери Кузнецова.
В момент, когда гибнет лайнер, маленькая дочь Гарольда, Елена, как она сама вспоминает, в ужасе просыпается с криком "папа горит!" А затем снова засыпает... Проснувшись утром, она слышит телефонный звонок и говорит маме, берущей трубку: "Сейчас скажут, что папа погиб". Елена рассказывает в интервью, что мама посмотрела на нее непонимающим взглядом. Но затем именно эти слова она услышала в телефоне...
Не хочу добавлять сюда мистики, но верю, что иногда родных, да и вообще людей связывает больше, чем мы можем себе представить. И вы сейчас читаете эти строки, потому что вам "не все равно" до того, как жили и мечтали люди, через что приходилось проходить.
Первые версии возникновения подхвата на Ту-104
Говорят, что версий в начале расследования было две -
- "человеческий фактор", то есть неспособность летчиков справиться с управлением,
- сбой автопилота.
Обе теоретически возможны. Но не стопроцентны. Летчики для лайнера отбирались из числа военных, с самой высокой квалификацией. Вряд ли все они становились жертвой "человеческого фактора".
Многие говорят, что сам Туполев не верил, что у самолета есть проблемы вплоть до "кузнецовской" катастрофы. Во многих источниках упоминают, что он говорил летчикам: "Это вы летать не умеете!" Но нет никаких доказательств, что он действительно эту фразу произносил. Хотя и мог быть резким в общении.
Затем уже открыто стали обсуждаться такие причины:
- низкая эффективность рулей высоты
- центровка самолета
Стоит сказать, что Ту-104 создавали на базе военного бомбардировщика Ту-16, надежной и проверенной машины. Но создавали в спешке, стараясь "перегнать Запад". Интересно, что у Ту-16 было замечено такое явление, как "подхват", но самолет обладал высокой продольной устойчивостью и это не было причиной катастроф.
Несколько личных дилетантских мыслей
После доработки статьи, решил оставить эту часть. Если у вас возникнут похожие размышления о "подхвате", вы будете знать, что "совсем ерунда", а что "более-менее верно".
Давайте посмотрим на вид сверху для Ту-16 и Ту-104:
В целом самолеты очень похожи и по габаритам и по геометрии.
Я смотрел на схемы, и мне пришла мысль, что у первых Ту-104 отношение размаха крыльев к размаху стабилизаторов больше, чем то же отношение у Ту-16. То же самое можно сказать и об отношении их площадей. Поэтому ли управляющие усилия со стабилизаторов недостаточны?
Оказалось, такой взгляд слишком поверхностен, и его нельзя рассматривать как объяснение "подхвата". Да и вообще делать подобную оценку и вывод "на глаз" совершенно ошибочно.
Дополнительно я предположил, что поверхности рулей высоты при положительном угле тангажа (задранном носе) попадали в аэродинамическую тень и самолет частично терял управление.
Это понимание в целом ближе к истине
Для того, чтобы все эти моменты наглядно показать, нарисовал такую схему:
Дополнительная возможная причина - это неправильная установка стабилизаторов или неверная регулировка рулей высоты при техобслуживании.
И еще одно предположение - это нарушение центровки. Оно могло возникнуть при изменении количества топлива в баках, например.
Вот такими были мои мысли. Получил много критики и поэтому дорабатываю статью. Ибо далеко не все оказалось правильным и достоверным.
А теперь серьезно про предварительное расследование и итоги
Погибший 17 октября самолет был "непростым". Он перевозил в Москву северокорейскую и китайскую официальную делегацию. Можно только представить, сколько проблем породила эта трагедия на уровне государственной политики. Начался постоянный "разбор полетов", где летчики часто винили конструкторов, а конструкторы - летчиков. 28 октября было проведено совещание командиров реактивных самолетов, на котором было довольно много критики в адрес Ту-104. Включая то, что он не предназначен для высотных полетов (источник- журнал "Авиация и время", №5, 2017, монография "Сказания о "Серебряной стреле", Сергей Дроздов, Олег Черников).
К изучению проблемы с безопасностью были привлечены самые высокие специалисты. Главную проблему удалось установить. Именно на больших высотах Ту-104 обладал малой продольной устойчивостью. Чтобы, попав в восходящий поток, уберечь машину от кабрирования (задирания носа), требовалась быстрая реакция. Если не успеть отдать штурвал от себя вовремя, происходил тот самый "подхват": самолет выходил на закритические углы и "сваливался".
Летчик-испытатель Стариков, работавший на "сто-четвертом" еще в период испытаний, позже вспоминал, что при полете на крейсерских режимах на высотах 10 000 метров и положении центра тяжести, соответствующего 29% и более САХ*, полет становился небезопасным, появлялась возможность срыва. Однако тогда на это не обратили внимание, не разобрались, не устранили проблему.
*Еще чуть-чуть про аэродинамические понятия, чтобы было ясно сказанное Стариковым. Вот схема:
"Средняя аэродинамическая хорда" - это ширина условного прямоугольного крыла для данного самолета.
"Условное прямоугольное крыло" - это
- прямоугольное крыло, равновеликое, то есть равное по площади, крылу данного самолета
- крыло, имеющее при равных углах атаки, одинаковые с данным крылом величину полной аэродинамической силы и положение центра давления
На вышеприведенной схеме центр тяжести находится примерно в 25% ширины САХ от передней кромки. А центр давления - примерно посередине хорды. Чем дальше "вперед" отстоит центр тяжести от центра давления (или чем меньше в % он от передней кромки САХ), тем больше продольная устойчивость самолета.
Для каждого самолета есть свое "предельное переднее" и "предельное заднее" положение центра тяжести, при котором самолет еще хорошо управляем. Если центр тяжести оказывается дальше от передней кромки, чем "предельное заднее положение", самолет становится неустойчивым.
Вот отрывок из книги Амирьянца "Летчики-испытатели. Туполевцы":
Для выяснения причин (подхвата) провели испытания летчик-испытатель туполевской фирмы Ковалев и летчик-испытатель ЛИИ (Летно-Испытательный Институт им. Громова) Комаров, оба - Герои Советского Союза. В одном из полетов они даже переворот сделали, конечно, непроизвольно. И установили, что недостаточен запас руля высоты "от себя". В результате был увеличен диапазон отклонения руля высоты, изменен угол установки стабилизатора, ограничен "потолок" самолета, то есть предельный эшелон. Больше такие катастрофы не случались.
**и далее**
Алашеев вместе с Комаровым побывали на Ту-104 на больших углах атаки. И на крыло сваливались, и опрокинулись однажды, и выработали вместе с другими испытателями необходимые рекомендации для решения весьма острой тогда проблемы подхвата.
В итоге было проведено огромное количество обсуждений, исследований и испытаний. Это позволило понять причины и динамику подхвата, а в итоге и внести необходимые рекомендации для изменения конструкции.
28 декабря 1958 года вышло секретное постановление ЦК КПСС №1408-688 о катастрофах Ту-104 и мерах повышения безопасности.
В частности, в нем перечислялись такие проблемы лайнера, как:
- течи топливных баков (только в 1958 г. зафиксировано более 25 случаев);
- пульсация давления топлива и вибрация трубопроводов в полете;
- ненадежная работа противообледенительной системы двигателей РД-ЗМ;
- ненадежная работа тормозной системы;
- большое количество трещин на обшивке крыла и закрылков, стабилизатора и рулей, разрушение нервюр № 2 и 2а:
- отсутствие оборудования, которое исключает несимметричное отклонение закрылков;
- отказ авиагоризонта АГБ-2 в сложном пространственном положении самолета.
(источник тот же, журнал "Авиация и время, №5, 2017)
Постановление предусматривало принятие ряда экстренных мер, в том числе:
- временное ограничение высоты полета до 9 км:
- уменьшение центровки с 30 до 26.5% САХ;
- уменьшение угла установки стабилизатора с 2 до 1 градуса;
- увеличение угла отклонения руля высоты на 3°;
- замену ненадежного авиагоризонта АГБ-2 на истребительный АГИ-1
Еще несколько пояснений для не-летчиков и не-инженеров (и для себя самого, соответственно), почему эти меры полезны для устойчивости:
- На высоте 9 км воздух еще более плотный, режим обтекания аэродинамических поверхностей ближе к расчетному, эффективность стабилизатора и руля высоты выше.
- Про центровку - понятно из предыдущего объяснения.
- Стабилизатор. Здесь важно рассмотреть еще одну схему. Сделал сам, но, надеюсь, в целом понятно:
Сила тяжести, приведенная к центру тяжести, создает момент против часовой стрелки (на рисунке) относительно центра давления. Чтобы его скомпенсировать, у самолетов передней центровки стабилизатор выставляют под отрицательным углом к горизонтали (угол "бета" на рисунке). Но при начале подхвата этот же угол стабилизатора провоцирует прогресс "задирания носа", вращая самолет "по часовой" относительно центра давления. Большой угол "бета" с одной стороны дает хороший стабилизирующий момент при штатном режиме в горизонтальном полете, с другой стороны при попадании в восходящий поток он же снижает управляемость. Поэтому и было принято решение его уменьшить с 2 градусов до 1 градуса.
- А увеличение угла отклонения руля высоты связано уже с увеличением диапазона управляющего усилия.
- Ну, а авиагоризонт - это прибор, который помогает пилоту ориентироваться в пространстве, если отсутствуют внешние ориентиры (туман, облачность, ночь). Вот он:
Надо заметить, что этим дело не закончилось. Для проведения дальнейших встесторонних исследований "подхвата" сформировали группу, в которую вошли представители ОКБ Туполева, ГК НИИ ВВС, ГосНИИ ГВФ, ЦАГИ и ЛИИ. Сначала на Ту-16, а затем и на «сто четвертом» провели специальные летные испытания на больших углах атаки. Испытательные машины предварительно доработали, в том числе повысили запас продольной устойчивости, улучшили управляемость и установили противоштопорные парашюты. Самолеты пилотировали: С.Н. Анохин, В.А. Комаров, В.Ф. Хапов, Ю.Т. Алашеев и В.Ф. Ковалев. Учитывая опасность этих полетов, на борту находились только два летчика. Однажды борт СССР-Л5421, пилотируемый В.А. Комаровым, перевернулся «на спину». Летчик успешно докрутил «бочку» и благополучно завершил полет.
Все испытания подтвердили выводы после катастрофы 17 октября - на эшелоне 10 000 метров самолет обладал малым запасом продольной устойчивости.
Еще "кусочек" аэродинамики
Чтобы "копнуть" еще глубже, давайте познакомимся еще с некоторыми аэродинамическими понятиями.
1) Аэродинамический фокус крыла - точка, относительно которой момент аэродинамических сил не зависит от угла атаки
То есть, если угол атаки растет, то момент сил, поднимающий нос, относительно набегающего потока воздуха, остается постоянным.
2) Аэродинамический фокус самолета - точка, относительно которой момент всех аэродинамических сил, действующих на самолет, не зависит от угла атаки. В целом аэродинамический фокус самолета находится позади аэродинамического фокуса крыла, ближе к задней кромке.
Что происходит при подхвате с крылом? Вот рисунок, который показывает, что из-за срыва потока (характерно для первых стреловидных крыльев) фокус крыла перемещается вперед:
Из-за этого, но и не только, перемещается вперед в начале подхвата и аэродинамический фокус всего самолета. Как следствие аэродинамический фокус может оказаться так близко к центру тяжести, что самолет становится крайне неустойчивым:
Красный круг - фокус самолета, фиолетовый - фокус крыла, синий - центр тяжести самолета. Из-за срыва потока при резком повышении угла атаки, смещается вперед и фокус крыла, и фокус самолета. Если при небольших углах сила тяжести играет "стабилизирующую роль", то при быстром росте угла атаки ее момента не хватает, чтобы скомпенсировать кабрирование (задирание носа). Если быстро не среагировать, то стабилизатор уходит в аэродинамическую тень крыла и становится неэффективным (об этом была картинка выше). Последствие - "подхват" и сваливание машины.
Итак, теперь основные "странности" поведения при подхвате, верю, понятны.
Одним из самых важных работов работы комиссии по Ту-104 стало изменение угла установки стабилизатора. А дополнительно к этому были даны рекомендации летчикам по пилотированию Ту-104 в случае «подхвата». Были также выработаны предложения по дальнейшему совершенствованию самолета. Так, автопилот АП-5-2М, который неважно справлялся со своими функциями, испытатели предложили заменить на «более исполнительный» АП-6Е.
Все возможные меры были приняты. Самолеты продолжали летать. Изменения не гарантировали, что случаи «подхвата» не повторятся....
Наступило тревожное ожидание. Проходили месяцы, а затем - годы, но за всю дальнейшую эксплуатацию экипажам Ту-104 лишь трижды довелось столкнуться с этим опаснейшим явлением.
Итак будучи во «всеоружии», в последующие годы летчики с честью справлялись с попаданием в восходящие потоки.
А за всю историю оказалось, что вовсе не «подхват» был главной угрозой безопасности полетов «сто четвертого». На первое место среди причин потерь этих лайнеров вышел «человеческий фактор» - лайнер требовал очень высокой квалификации для управления, которой иногда не хватало.
(источник тот же, журнал "Авиация и время, №5, 2017)
Итак, список всех предположительных причин, которые могли привести к "подхвату"
- человеческий фактор (лишь отчасти)
- автопилот (не доказано, хотя и возможно)
- низкая эффективность рулей высоты (точно)
- в целом недостаточное исследование аэродинамики на крейсерской скорости и эшелоне 10 000 м (то, о чем говорил испытатель Стариков)
- рули в аэродинамической "тени"
- неверная угол установки стабилизатора, что приводило к его неэффективности
- нарушение центровки
Можно сказать, что в катастрофе 17 октября сошлись несколько условий - низкая плотность воздуха на высоте 10 км, снижение запаса по передней центровке, низкая эффективность стабилизатора и рулей высоты, попадание в восходящий поток, поздняя реакция пилота или автопилота на гашение кабрирования (задирания носа самолета).
Как всегда, к катастрофе ведет не одно обстоятельство, а их стечение. Так или иначе, позже решение проблемы было найдено, и самолет прослужил еще много лет.
Сейчас любая катастрофа или происшествие расследуются настолько тщательно, что всегда можно с большой точностью установить причину и устранить ее. Тем более вызывает уважение, что люди, еще не располагавшие современными возможностями, умели разбираться в проблемах и вносить эффективные улучшения в конструкцию самолетов.
Последний момент, которй хочу затронуть - если Туполев не видел проблему, и, возможно, защищал свою позицию, то почему?
Возможно, я совершенно неправ, но. Туполев, несмотря на то, что он был отличный специалист, в свое время был практически признан врагом народа, прошел через Лубянку и "шарашку". Кстати, именно с его письма началось восстановление "шарашек" в 1938-м году. В письме он предлагает использовать арестованных специалистов на благо страны и ее авиации. Самым неоднозначным пунктом письма Туполева (здесь ссылка) является его "чистосердечное признание в преступлениях", которых он не совершал... Что это - проявление слабости, или силы? Выбор из двух зол меньшего? Желание дать надежду другим несправедливо обвиненным инженерам? Вряд ли сейчас можно найти ответы. Но "шрамы в душе" у него наверняка остались...
Он остался верным стране, но, может быть, где-то на бессознательном уровне осталась подозрительность. И когда происходит что-то необъяснимое, легче всего думать, что кто-то в этом виноват. А первый "кто управлял самолетом в момент катастрофы" - это летчик.
Или, может быть, когда Андрей Николаевич уже был признанным мэтром среди инженеров, было психологически сложно признать ошибку, если он сам ее не видел и не понимал. Такое с каждым человеком тоже бывает.
Поэтому как вывод. Даже если я неправ. Важно оставаться гибким и уметь принимать обвинения или критику. Уметь вместе с обвинителем разбираться в том, что произошло. И всегда допускать возможность ошибки. Только так можно "вырасти" еще больше, как личность. Только там можно создать неподражаемые шедевры.
Вот такая история. Печальная, но ставшая очень важным опытом в истории нашей авиации. А летчикам-испытателям - вечное уважение!
Как всегда хочу спросить:
- Знали эту историю, или читаете впервые?
- Каких фактов или доводов не хватило?
- Есть ли ошибки? Если да, что важно исправить?
Пишите, пожалуйста, в комментариях!
И до встречи на новых страницах!
Список статей на авиационные темы здесь >>