Рубрика: Разбор полётов. Часть 2
Ил-62 (и особенно его модернизированная версия Ил-62М) был одним из самых удачных и ладно скроенных массовых советских гражданских
лайнеров. Это - мощная, красивая и благородная машина, флагман всей гражданской авиации СССР.
Он стал первым реактивным пассажирским самолётом, разработанным в КБ Ильюшина. Первенец оказался в целом вполне удачным, и достойно влился в семейство узкофюзеляжных дальнемагистральных авиалайнеров 60-х, вместе с тремя западными моделями такого же класса - американскими Boeing 707, Douglas DC-8 и британским Vickers VC-10. Для СССР он стал поистине прорывом и на долгие годы определил лицо дальнемагистральной авиации страны.
Был ли он идеален, как, например, представляет его Youtube канал
SkyShips - Ил-62. Идеальный вариант? Смог бы теоретически составить конкуренцию западным машинам? Или слова "идеальный вариант" всего лишь эмоцинальная фигура речи? Давайте разбираться. Предупреждаю - будет много текста, цифр и базовой логики.
И да, сам я не настоящий сварщик авиационный инженер, так что если найдёте неточности или тем более явные ошибки в рассуждениях ниже - буду рад содержательным замечаниям от знающих людей. Если всё вышесказанное вас ещё не отпугнуло - поехали полетели!
Предыстория
Проектирование "Шестьдесят-Второго" началось в 1960 году, по собственной инициативе Сергея Ильюшина (разумеется, после одобрения руководством страны). На этот момент уже серийно производились и летали дальнемагистральные самолёты разработки американских фирм Boeing и Douglas. Boeing 707 начал коммерческие полёты в октябре 1958 года, Douglas DC-8 - в сентябре 1959. Оба самолёта имели компоновку 4 двигателя под крылом и вообще, были похожи по своим характеристикам как однояйцевые близнецы. Рост авиаперевозок, в том числе дальних и трансокеанских, носил взрывной характер по всему миру. Новые дальнемагистральники создали новое, ранее неизвестное, качество полётов, и определили многие параметры и характеристики гражданской авиации в том виде, в каком мы её знаем сейчас. В частности, из-за слабой тяговооружённости они нуждались в взлётно-посадочных полосах 3 км длиной, и многие мировые аэропорты модернизировались именно под эти самолёты. Можно без преувеличения сказать, что эти два лайнера совершили в начале 60-х революцию в гражданской авиации.
Примерно в одно время с работами над Ил-62 в Британии шла разработка собственного дальнемагистрального лайнера, который получил название Vickers VC-10 (далее просто Vickers или VC-10). Подобно Ил-62, Vickers был спроектирован по схеме "четыре двигателя в хвосте".
Британцы чётко осознавали, что они почти опоздали со своим самолётом, поэтому с самого начала цель проекта была создать самолёт для определённой ниши - связать страны Британского Содружества с метрополией и друг с другом. Самолёт должен был иметь лучшую тяговооружённость и быть способным взлетать со стандартных полос 2500 км, в том числе с "hot and high" (высокогорных и жарких) аэропортов Африки и Азии, где разрежённость воздуха отрицательно сказывается на тяге двигателей. Видимо, с этим требованием и был связан выбор компоновки, который имеет определённые преимущества перед двигателями под крылом. В частности, чистое крыло позволяет создать бОльшую подъёмную силу.
Первый полёт Vickers состоялся в июне 1962 года, а Ил впервые поднялся в воздух 3 января 1963. К этому времени в небе уже летали 250+ Boeing 707 и 150+ DC-8.
На момент первого полёта Ил-62 число выпущенных Boeing 707 было примерно равно общему количеству (~290) Ил-62, произведённых за все время с 1962 по 1995 год.
И Boeing 707, и DC-8 уже в процессе эксплуатации прошли через несколько модернизаций. в результате которых к середине 60-х их характеристики были доведены до оптимума. Такими оптимальными моделями стали Boeing-707-320B (и C) и Douglas DC-8-50/55. Именно эти модели мы и будем сравнивать с Илом как наиболее близкие по основным параметрам - вместимости и взлётной массе.
Коммерческая эксплуатация Vickers началась в 1964 и продолжалась до 1981 года. Всего было выпущено 52 машины (последняя в 1970 году). Проект себя не оправдал, и был закрыт в виду появления на рубеже 60-70-х намного более экономичных лайнеров.
Доводка Ил-62 заняла намного дольше и первые коммерческие рейсы он совершил в сентябре 1969 года - Москва-Монреаль и Москва-Алма-Ата. А уже в октябре было принято постановление правительства о разработке новой его версии - Ил-62М, с использованием более экономичных и тихих двигателей Д-30КУ (вместо НК-8-4). Век оригинального Ил-62 оказался весьма короток. Главной причиной модернизации стало то, что самолёт не вытягивал требуемой дальности полётов.
Куда летать?
Перед началом проектирования любого самолёта важно чётко определить его нишу - кого он будет возить, откуда и куда. Для дальнемагистральника
начала 60-х, эпохи ранних прожорливых двигателей первого-второго поколения, это было особенно важно. Каждый час полёта такого самолёта - это 5-7 тонн керосина, отсюда следует необходимость особенно трепетного внимания к весовой структуре самолёта и его геометрическим размерам. Критически важно рассчитать оптимальную весовую структуру и размеры, так как избыточная дальность обернётся малой вместимостью и, соответственно, худшей топливной и общей эффективностью. А недостаточная дальность... ну, тут даже и объяснять не надо.
Для условий СССР можно выделить 3 основных диапазона дальних перелётов (имея в виду Москву как логистический и политический центр координат):
- 7000-7200 км - Дальний Восток и некоторые столицы (Пекин, Сеул, Дели, Коломбо). Или если в Новосибирске сделать хаб типа дубайского, то круг радиусом 7000 км с запасом покроет всю Евразию.
Трасса Москва-Владивосток - 6900 км, если не выходить за пределы собственного воздушного пространства.
- 7800-8000 км - не менее 90% всех зарубежных полетов. Сюда попадают рейсы в Нью-Йорк, Монреаль, Токио, Бангкок, Ханой
- 8600-10000 км. Особо дальние рейсы. Линия Лос-Анджелес-Каракас-Кейптаун-Джакарта. Не критично, так как во-первых пассажиропоток
здесь небольшой, во-вторых, возможны промежуточные посадки для дозаправки, так чтобы самое длинное плечо было менее 9000 км
(например, Москва-Мурманск-Гавана или Москва-Ташкент-Джакарта)
Максимально возможная дальность нужна для правительственного борта и других специализированных самолётов (стратегические бомбардировщики, топливозаправщики, командные пункты и т.п.)
Примем 7200 и 8800 км как два рубежных значения.
Между ними 1600 км или примерно 2 часа дополнительного полётного времени, что эквивалентно 11-14 тонн топлива.
Резюмируем: по-хорошему были нужны два варианта дальнемагистральника - с укороченным и удлинённым фюзеляжем, с разницей в количестве топлива (при нормальной загрузке) в 12 тонн. Это - ~60 пассажиров эконом-класса (6 тонн), и, соответственно, 8-8.5 метров длины салона (10 рядов по схеме 3-3) - ещё около 6 тонн. Прочие характеристики - максимальная взлётная масса, двигатели, размах и площадь крыла - сохраняются. Длинный вариант - в одноклассной компоновке - для полётов на 7200 км. Двух или трёхклассная - минус 20-30 пассажиров и, соответственно, плюс 2-3 тонны керосина - для полётов за океан, на 7500+ км. Удлинённый фюзеляж увеличивает массу пустого самолёта и полезную нагрузку, за счёт меньшего количества топлива и дальности. Требуемая крейсерская тяга и, соответственно, расход керосина возрастают на несколько процентов, из-за увеличения омываемой поверхности.
Короткий вариант - как правило в 2-3 классной компоновке - для рейсов на 8800-9000 км. Политически важна было возможность совершать полёты на Кубу без промежуточных посадок в не всегда дружественных странах. Эта же версия подошла бы для правительственного борта и прочие специальных вариантов.
И Boeing, и Douglas, и Vickers реализовали описанную выше схему и имели по несколько вариантов длины и дальности. "Ил" был разработан в единственном варианте длины. Ему по этой части - НЕЗАЧЁТ.
Ил-62 с двигателями НК-8 имел практическую дальность 7800 км (для 168 пассажиров двух классах), то есть в реале мог долететь только от Москвы до Нью-Йорка или Токио. Гавана, увы, была достижима только при уменьшении числа пассажиров до 70-80.
То есть, основная задача - обеспечить требуемую дальность - выполнена не была.
Сравниваем ТТХ
А как обстояли дела с дальностью у "собратьев" Ила по дальнемагистральному цеху? Сравним Ил и Boeing-707-320B.
Пустой Ил был тяжелее Боинга. При это надо учесть что Ил не имел гидроусилителей (бустеров) и все манипуляции с механизацией производились вручную, системой тяг и рычагов (это, кстати, мировой рекорд - безбустерный самолёт такого размера). Иначе вес пустого самолёта был бы на 1-1.5 тонну больше.
Что можно сказать по данным из таблицы? Ильюшинцы сделали всё возможное для уменьшения веса пустого планера, так что соотношение "базовый операционный вес/максимальный вес" получилось выше, чем у "американца". Тем не менее, это не сильно помогло в целом. Самолёт получился более тяжелым, с намного худшей аэродинамикой, и, как следствие, с бОльшим часовым расходом керосина и худшей топливной эффективностью (расходом грамм керосина на один пассажиропотоками-километр). Конструкторы сделали всё, что было возможно, но все эти усилия были перечеркнуты одной критической ошибкой - выбором компоновки "двигатели в хвосте".
О компоновке "двигатели сзади"
Такая компоновка в применении к особо крупным самолётам неизбежно приводит в увеличенному весу пустого самолёта и увеличению длины фюзеляжа. Для меньших самолётов (30-80 тонн) с двумя двигателями разница пренебрежимо невелика. Но для монстра весом 140-160 тонн и такого количества двигателей на выходе получается следующая картина.
4 двигателя 2.1-2.3 тонны каждый (в сухом весе, с реверсом и без) плюс мотогондолы, пилоны, титановые разделительные противопожарные перегородки дают в сумме не менее 10-11 тонн металла. Это статическая нагрузка. К ней нужно добавить динамическую нагрузку от собственно создаваемой в полёте тяги. Вся эта нагрузка приходится на хвостовую часть фюзеляжа.
В полёте самолёт опирается на крыло, которое работает как огромная балка. Когда двигатели крепятся к фюзеляжу, на центр этой балки приходится нагрузка бОльшая, нежели при компоновке "двигатели под крылом" (в последнем случае нагрузка распределяется более равномерно). Это значит, что при прочих равных условиях крыло самолёта "с двигателями в хвосте" должно быть прочнее, чем крыло, к которому двигатели крепятся непосредственно. Ну а, "прочнее" равно "тяжелее".
Далее, сам фюзеляж, к хвосту которого как к консоли крепятся 10+ тонн, тоже должен быть прочнее (и тяжелее) фюзеляжа без двигателей.
Кроме того, горизонтальное оперение приобретает Т-подобный вид. Ибо к фюзеляжу его прикрепить не получится - это место занято двигателями. Для понимания масштаба - для самолётов такого класса размеры горизонтального оперения сопоставимы с основным крылом Ан-24. Киль, соответственно, должен быть более мощным, чем у компоновки "двигатели под крылом". То есть, опять же - тяжелее.
Наконец, та часть фюзеляжа, к которой крепятся двигатели, не может быть использована для пассажирских мест - не только потому, что сидеть 10 часов без окон между ревущими двигателями удовольствие сомнительное. В основном затем, чтобы более равномерно распределить вес по длине фюзеляжа. Вследствие этого длина фюзеляжа увеличивается на 2-2.5 метров, которые используются по-сути только для крепления двигателей.
Все перечисленные особенности компоновки "двигатели в хвосте" приводят к тому, что вес пустого дальнемагистрального самолёта
с 4 двигателями будет на несколько тонн больше, чем самолёта с компоновкой "двигатели под крылом".
Есть упоминания того, что Сергей Ильюшин рассматривал оба варианта для будущего Ил-62 и в конце концов остановился на "хвостовой" версии.
"Компоновка Boeing и Douglas нам не подходит"
Никаких деталей, ЧТО именно не устроило Ильюшина в компоновке "американцев", мне найти не удалось. Предполагаю, что, возможно, имело место влияние такого ведущего "авиаконструктора" (а по совместительству знатного кукурузовода, поднимателя целины и главного домостроевца страны) как Никита Сергеевич Хрущёв, который после нескольких полётов на французской Каравелле в 1960 году, проникся преимуществами хвостовой компоновки с точки зрения снижения шума для пассажира.
В итоге, максимальная взлётная масса Ил-62 получилась заметно больше своих "собратьев".
О двигателях и крейсерской тяге
Все рассматриваемые самолёты были оснащены двигателями примерно одного класса и с похожим расходом топлива. НК-8-4 (Ил-62) с расходом
760-840 грамм керосина на килограмм крейсерской тяги в час в этом отношении был даже немного лучше, чем Rolls-Royce Conway Mk 301 (874 г), устанавливаемый на VC-10. И в целом сопоставим с Pratt & Whitney JT3D (780 грамм) (Boeing & Douglas).
Тем не менее, этот паритет не был использован. "Илу", в силу как бОльшего веса, так и бОльших размеров, требовалась бОльшая крейсерская тяга. По моим прикидкам, у Boeing и Douglas это в среднем примерно 7.4 тонн, у Vickers - чуть больше. У Ил-62 - около 8.8 тонны. За достоверность не ручаюсь, но склонен полагать, что цифры достаточно близки к реальным. Разница в требуемой тяге в ~19-20% привела к тому, что Ил кушал в час существенно больше керосина, чем его американские "коллеги".
Об удельном расходе топлива
Из-за особенностей компоновки, утяжеления пустого самолёта и худшей аэродинамики возник порочный круг. БОльший вес и более длинный фюзеляж (то есть увеличенное аэродинамическое сопротивление)
требует большей тяги, а значит больше топлива. Требования техзадания по дальности приводят к бОльшему количеству топлива, то есть увеличению взлётной массы. Что, в свою очередь, приводит к необходимости усиления конструкции. То есть её очередного утяжеления и, естественно, дополнительному расходу топлива. И так далее, по кругу.
Вот на выходе, после нескольких таких итераций, и получилось то, что получилось - пустой самолёт весит больше, загруженный тоже весит больше, крылья имеют просто неприличный профиль (для прочности и как ёмкость для дополнительного керосина), топлива в час тратит больше, а летит в итоге на меньшее расстояние.
А что с "британцем"?
А с Vickers получилась примерно та же картина, что и с Ил-62. При меньших, чем у Ил взлётной массе (152 т) и длине (52 м), масса пустого Super VC-10 составила 71 тонну, а практическая дальность 7600 км. То есть, британцы вышли практически на те же характеристики, что и ильюшинцы, подтвердив таким образом концептуальные недостатки компоновки "двигатели в хвосте". Подчеркну ещё раз - речь идёт о тяжелых (140-170 т) самолётах с таким размещением двигателей. Для среднемагистральных самолётов массой 30-50-80 тонн, как показывает практика, хвостовая схема вполне применима без ущерба для функциональности.
Что на самом деле было нужно, задним умом Папы Урбана:
- компоновка как у "американцев" - двигатели под крылом
- две разновидности самолёта, с разной длиной фюзеляжа - длиннее, с большей вместительностью и чуть меньшей дальностью (7200-7800 км, Дальний Восток, Нью-Йорк, Токио), и короче - для дальности до примерно 8800-9000 км (Москва-Мурманск-Гавана и т.п.). Скажем, длиной ~45 и ~54 метра и вместимостью 180 (150 в двух классах) и 240 (210) пассажиров. Начать с короткой версии, но заложить возможность удлинения в будущем (высота стоек шасси и т.п.)
- меньше взлётная масса (порядка 145-155 тонн)
- "слизать" геометрию у "американцев" (разумеется, после всестороннего анализа и аэродинамического тестирования)
Заключение и выводы
Ил-62 был очень неплох для своего времени, особенно учитывая обстоятельства его разработки. Но, справедливости ради, нельзя не признать, что он был неоптимальным с самого начала, сильно уступая разработанным несколькими годами ранее зарубежным аналогам. Неудачная компоновка (4 двигателя в хвосте) привели к тому, что по расходу топлива и дальности Ил-62 со времени первого полёта был значительно хуже, чем Boeing 707 и DC-8. Не сильно помогла и ремоторизация на более экономичные двигатели - благодаря ей Ил все лишь приблизился по показателям экономичности к самолётам, разработанным на 10 лет до этого.
Из найденного в интернете (источник не помню):
К началу 1990-х годов четырёхдвигательный узкофюзеляжный дальнемагистральный лайнер морально устарел,
расход керосина на перевозку одного пассажира оказывался слишком большим, и эксплуатация Ил-62 стала малорентабельной.
Думаю, после изложенного должно быть очевидно, что расход керосина был с самого начала выше, чем у аналогов (Боинг и Дуглас). А к началу 70-х, когда началась его регулярная эксплуатация, в небе уже были:
1) широкофюзеляжные Boeing 747, A300, MD-10 и Lockheed Tristar L-1011,
2) старые Дугласы проходили моторизацию на новые более экономичные двигатели CFM.
Так что Ил уже на момент первого полёта был неконкурентоспособен, а к началу эксплуатации в 1969 году он полностью устарел и морально. Всё это не выяснилось "вдруг" к началу 1990-х гг.
Тем не менее, итоговая оценка Папы Урбана - четыре. Старались, сделали, что смогли в рамках, ограниченных выбранной компоновкой. По сравнению с другими советскими гражданскими лайнерами Ил-62 выглядит вполне прилично. Вот про эти лайнеры мы и поговорим в следующих статьях. Вот там будет действительно расколбас и сон разума, который лично для меня остаётся загадкой.
Увидимся после рекламной паузы. Всем - удачи!