ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИНЖЕНЕРНОГО АНАЛИЗА СТАТЬИ АНАЛИТИКА ВЛАДИМИРА КАРНОЗОВА «ИЛ-114 – А ЕСТЬ ЛИ ШАНС?»
Говорила мама мне про любовь обманную,
Да напрасно тратила слова
Затыкала уши я, я её не слушала,
Ах, мама, мама, как же ты было права…
Леонид Дербенёв.
Лейтмотив статьи г-на Карнозова заключается в том, что «Благодаря проекту «суперджет», в России появились молодые авиаконструкторы с опытом проектирования современного самолета и организации производства. Да, не все получилось, но приобретенный опыт, в том числе и отрицательный, бесценен. И если мы не используем этих ребят в новых проектах, полученные компетенции будут бездарно растрачены». И что использование их «начинать лучше всего с небольшого турбовинтового самолета, аналога Ил-114»[1].
Для инженера статья г-на Карнозова интересна, как собрание типичных ошибок наших экспертов и аналитиков. Среди них, как минимум, четыре концептуальных.
Первая. Игнорирование вполне очевидного инженеру факта, что нет и быть не может никаких новейших технологий, которые превосходя «дедовские» технологии в чем-то одном, не уступали бы им в чём-то другом.
Вторая. Игнорирование не менее очевидного факта, что нет и быть не может абсолютной, т.е. единой для всех и каждого шкалы значимости достоинств и недостатков тех или иных технологий. В реальной жизни эта шкала у каждого пользователя – своя, поэтому одно и то же свойство одной и той же технологии, которое для одной фирмы является бесспорным достоинством, для другой может оказаться абсолютно неприемлемым недостатком.
Третья. Игнорирование известного факта, что двухмоторная силовая установка, наряду с достоинствами, имеет и недостатки, шкала значимости которых, опять-таки, у каждой фирмы – своя[2].
Четвёртая. Игнорирование ряда совсем уж банальных истин, вроде, «что русскому лекарство, то немцу – смерть» или «время – деньги».
Короче, игнорируется всё и вся, что мешает аналитику прийти к тем выводам, которые он почему-то хочет сделать.
Рассмотрим конкретный пример. В таблице 1 приведены параметры двух самолётов. Первый из них создан более полувека тому назад, следовательно, на базе «дедовских» технологий, второй - тот самый Superjet, «бесценный» опыт создания которого, по мнению г-на Карнозова, нам следует всячески развивать и преумножать.
Таблица 1.[1]
Независимому инженеру очевидны множество причин, по которым уровень весового совершенства конструкции[1] Superjet'а должен был намного выше, чем у БАК1-11-500. Вот лишь некоторые из этих причин:
а) при прочих равных условиях, самолёт с двигателями под крылом всегда будет несколько легче машины с моторами на корме фюзеляжа;
б) «молодые авиаконструкторы» имели возможность применять новейшие сверхпрочные и сверхлёгкие сплавы и композиты, намного более лёгкие двигатели, электрику, гидравлику, электронику, ВСУ, звукоизолирующие и декоративно-отделочные материалы, нежели те, которые имели в своём распоряжении разработчики БАК1-11;
в) конструкцию БАК1-11 рассчитывали, в основном на логарифмических линейках, что делало практически невозможной экономию веса за счёт применения сложных по форме силовых узлов, да и изготовить их в то время было весьма проблематично.
Беру на себя смелость утверждать, что, в части уровня весового совершенства Superjet получился точно таким, каким его и задумали «молодые авиаконструкторы», и, следовательно, отговорка г-на Карнозова, что у них «не всё получилось» здесь не действует. Доказательства? Извольте! Обратимся к представленному на рисунке 1 слайду[2] и, используя представленные на нём данные, решить нехитрую арифметическую задачку в семь действий.
1. Заявленная взлётная масса RRJ-95LR больше, чем у RRJ-95B на:
45885кг-42505кг=3380кг
2. Дальность самолёта RRJ-95LR больше, чем у RRJ-95B на:
4000км-2690км=1310км
3. Полагая, что 10% приращения массы придётся на оборудование дополнительных топливных баков (герметизация объёмов, дополнительные насосы и трубопроводы), находим величину увеличения запаса топлива:
4. Откуда величина километрового расхода топлива равна:
3042 кг : 1310 км =2,322 кг/км
Рисунок 1.
5. Запас топлива на борту RRJ-95B, при максимальном взлётном весе и заправке на дальность полёта2690 км с навигационным запасом на час полёта равен :
2,322кг/км х (2690 км + 830 км + 180 км) = 8592 кг
где: 830 км – расстояние, проходимое на навигационном запасе, 180км – потеря дальности в режимах полёта, отличных от крейсерского.
6. Масса 95 пассажиров с багажом и ручной кладью из расчёта 95 кг на пассажира:
95 пассажиров х 95 кг /пассажир =9025 кг
7. Откуда масса пустого снаряжённого самолёта RRJ-95B:
42505 кг - (8592 кг + 9025 кг) = 24888 кг
Последняя величина менее чем на 1% отличается от массы пустого снаряжённого 95-ти местного Superjet'а (см. таблицу 1). О том, что думают гг. эксперты и аналитики по поводу того, новейший Superjetбыл задуман на 28% тяжелее «древнего англичанина», и думали ли они вообще об этом, можно лишь гадать. А вот у инженеров двух мнений на сей предмет быть не может: задумав сделать столь несовершенный в весовом отношении самолёт, «молодые авиаконструкторы», де-факто расписались в том, что этот «бесценный опыт», не стоит и ломаного гроша, даже со всеми их новейшими технологиями в придачу.
Инженерный анализ опыта создания Superjet'a позволяет уверенно прогнозировать, результаты реализации предложения г-на Карнозова о создании турбовинтового самолёта, аналогичного Ил-114, силами этих самых «молодых авиаконструкторов».
1. По срокам:
Оснований полагать, что интервал времени от начала проектирования до начала эксплуатации будет намного меньшим, чем в случае Superjet'а, т.е. около 9 лет, нет.
2. По уровню весового совершенства.
При таком же уровне весового совершенства, как у Superjet'а, масса пустого снаряжённого 64-х местного самолёта составит:
264,2 кг/ на пассажира х 64 пассажира = 16909 кг
что на 900 кг больше, чем у Ил-114.
Вероятнее всего, утяжеление конструкции будет ещё больше, поскольку:
а) Турбовинтовая силовая установка, при прочих равных условиях, заметно тяжелее реактивной.
б) Из-за более жёстких требований к взлётно-посадочным характеристикам, относительная масса крыла у такого самолёта будет больше, чем у Superjet'а.
в) При неизменных или более жёстких требованиях к дальности, увеличение массы пустого снаряжённого самолёта повлечёт за собой увеличение взлётного веса самолёта, что, в свою очередь потребует увеличения мощности силовой установки, а, возможно, и диаметра винтов, что, опять-таки повлечёт за собой рост массы.
Таким образом, наиболее вероятным итогом реализации предложения г-на Карнозова будет то, что через 7-10 лет Россия получит самолёт, конструкция которого будет ещё на 2-3 тонны тяжелее, чем у Ил-114. Кроме того, поскольку, мощность двигателей ТВ7-117 недостаточна и для более лёгкого ИЛ-114, а её увеличение усугубит проблемы с ресурсом, с которым у этих двигателей, как справедливо заметил г-н Карнозов, и так не всё обстоит благополучно, закономерен вопрос: какие двигатели будут установлены на самолёте, который предложено сделать на замену Ил-114? Ведь судя по результатам инженерных оценок, в придачу к новому самолёту на замену ИЛ-114, придётся или сделать ещё и новый, более мощный мотор на замену ТВ7-117, или подвергнуть последний реконструкции, которая по срокам и затратам мало чем будет отличаться от создания нового двигателя.
В этой связи представляется уместным вспомнить, что наши деды в случаях, когда мощность имеющихся моторов была недостаточна, прежде всего, исследовали варианты с увеличением их числа. А в случаях, когда был мал ресурс, первым делом напрягали извилины в направлении поиска путей снижения нагрузки на отдельно взятый мотор, что, как известно, приводит к увеличению ресурса. В данном конкретном случае, наши деды, начали бы с инженерного анализа варианта ИЛ-114 с четырьмя моторами ТВ7-117, расположенными, как на Ил-18. Результаты расчёта такого варианта Ил-114 приведены в четвёртом столбце таблицы 2.
Таблица 2.
Максимальная взлётная масса четырёхмоторного Ил-114, была назначена, как сумма массы пустого снаряжённого самолёта, возросшей на 2200 кг по сравнению с исходным самолётом, 64-х пассажиров с багажом и ручной кладью, и максимального запаса топлива. Потребная мощность одного двигателя была рассчитана исходя из такой же дистанции штатного взлёта, как у исходного самолёта.
В этом случае потребная тяга винтов у четырёхмоторного варианта возрастёт, по сравнению с исходным самолётом, в:
При этом каждый из четырёх винтов должен на взлёте развивать тягу, равную 0,769 от тяги, развиваемой ими в силовой установке исходного самолёта. Мощность, необходимая для привода винта в этом случае равна:
Расчёт двигателя ТВ7-117 показал, что, при постоянных скорости вращения ротора его газогенератора и расходе воздуха на входе в двигатель, температура на входе в его турбину снижается почти на 21° на каждые 100 л.с. снижения мощности. Мощность в 1685 л.с., достигается при температуре 1340К против 1510К при номинальной мощности. Снижение температуры на входе в турбину на 170° в совокупности со снижением почти на 33% нагрузки на редуктор и винт, устраняет все проблемы, связанные с недостаточным ресурсом винтомоторной группы, на которые указывает г-н Карнозов. Никаких изменений в конструкции винта, редуктора и двигателя при этом не требуется.
Результаты расчёта четырёхмоторной модификации Ил-114 показывают, что её преимущество над западными конкурентами, параметры которых приведены в столбцах 4 и 5 таблицы 2, будет подавляющим. Чтобы лишить гг. экспертов и аналитиков удовольствия потыкать меня носом в меньшую вместимость Ил-114, на рисунке 2 приведены поперечные сечения фюзеляжей всех трёх машин в зоне максимальной ширины, выполненные в одинаковом масштабе.
Из рисунка 2, следует, что большее число мест у конкурентов Ил-114 достигается за счёт уменьшения багажных помещений и установки на освободившихся местах дополнительных кресел, а также за счёт более плотной их установки. Перекомпоновать салон Ил-114 аналогичным образом было бы несложно, «если бы не одно, но увесистое «но». Каждые восемь дополнительных пассажиров вместе с багажом, ручной кладью, креслами и прочим необходимым снаряжением увеличивают вес самолёта без топлива примерно на одну тонну. И чтобы увеличение их числа не привело к увеличению взлётного веса самолёта, запас топлива приходится уменьшать на ту же тонну на каждые восемь дополнительных пассажиров, а у двухмоторного варианта Ил-114 при полном салоне пассажиров, допустимый запас топлива и так невелик (см. таблицу 2), что и вынуждает ограничить число пассажиров.
Что касается сроков создания 4-х моторной модификации Ил-114, то, исходя из сроков создания Ил-18 (11 месяцев от начала проектирования до первого вылета опытного самолёта) то, при правильной постановке дела, полгода представляется вполне реальным сроком. Под правильной постановкой дела в данном конкретном случае подразумевается:
1. Категорический запрет на внесение каких-либо изменений в существующую конструкцию самолёта и «дедовские» технологии его производства сверх тех, которые минимально необходимы для установки двух дополнительных моторов.
2. Доукомплектование, в случае необходимости, ОКБ им. С.В. Ильюшина кадрами конструкторов, хорошо владеющих «дедовскими» методами проектирования.
3. Категорический запрет на применение, по крайней мере, до начала поставки первых серийных 4-х моторных Ил-114 каких-либо систем автоматизированного проектирования, кроме, быть может, универсальных (AutoCAD, Solid Word, Компас и т.п.). Но и в этом случае компьютер должен использоваться, лишь, как замена кульману и логарифмической линейке. Творческий процесс проектирования самолёта не должен превращаться в подобие компьютерной игры. Впрочем, это проблема, далеко выходящая за рамки проектирования самолётов, достойная стать предметом отдельного серьёзного разговора, а ещё лучше – дискуссии.
4. В случае попыток саботажа, в том числе – под предлогом улучшения самолёта, – немедленное принятие мер, предусмотренных Законом.
О возможных последующих модификациях.
На рисунке 3, заимствованном из статьи г-на Карнозова, представлен противолодочный вариант Ил-114. Установка дополнительных моторов способна существенно улучшить и эту машину, однако, проведённый инженерный анализ показал, что возможны и существенно лучшие варианты противолодочника на базе Ил-114, которые, ни в чём не уступая Ил-38, заметно превосходят его по ряду важных параметров. Но это – предмет для отдельного разговора.
Рисунок 3
Вместе с тем идея разместить в подобных контейнерах багаж и попутные грузы, а на освободившееся от багажных стеллажей место установить дополнительные ряды кресел, представляется заслуживающей внимания. В случае успеха работ по увеличению ресурса двигателей ТВ7-117 без снижения их взлётной мощности, взлётный вес четырёхмоторного Ил-114 может быть увеличен, как минимум, до 35,8 тонны, при взлётной мощности двигателей 2500 л.с.. При этом потребная длина взлётно-посадочной полосы будет примерно такой же, как у Ил-18В.
Заключение.
1. Создание модификации Ил-114 с четырьмя двигателями ТВ7-117 целесообразно, поскольку такой самолёт будет значительно превосходить базовый самолёт и машины конкурентов по скорости, дальности, уровню безопасности во взлётно-посадочных режимах, не уступая им по вместимости. Фактически это будет универсальный самолёт, одинаково пригодный для линий протяжённостью от 500 до 5000км.
2. Двигатели ТВ7-117 на четырёхмоторной модификации ИЛ-114 работают в режимах, значительно облегченных, по сравнению с базовым самолётом, что позволяет радикально повысить их ресурс без каких-либо доработок.
3. Переводить производство Ил-114 на новейшую технологическую базу, в частности, его «перевод на цифру» не имеет смысла, поскольку:
а) возможность радикального повышения конкурентоспособности варианта Ил-114 с двумя моторами ТВ7-117 за счёт новых технологий производства, как отметил г-н Карнозов, и в чём с ним нельзя не согласиться, представляется весьма сомнительной;
б) превосходство четырёхмоторного варианта Ил-114 над машинами конкурентов будет подавляющим и при «дедовских» технологиях, вследствие чего переход на новые технологии не даст ничего, кроме оттягивания сроков начала поставок самолётов, как минимум, на год-полтора, да роста затрат на приобретение новых технологий и оснастки для серийного производства.
Послесловие 1, оно же иллюстрация к сказанному в п. б). Когда принималось решение о возобновлении производства Ил-114, речь шла о затратах порядка 10…14 миллиардов рублей. Первоначальная точка зрения боссов ОАК практически совпадала с той, что изложена в статье г-на Карнозова, но, не сумев предотвратить процесс возрождения Ил-114, они сумели его возглавить. Тут же на свет была извлечена заигранная пластинка с песней о преимуществах новейших авиационных технологий. В итоге, сумма затрат, потребных на организацию серийного производства возросла до 70 миллиардов рублей, а цена самолёта – с $12,5 миллионов, что по тогдашнему курсу (т.е. на момент первых подвижек в судьбе Ил-114) составляло менее четырёхсот миллионов до миллиарда рублей.
Ещё одно послесловие. Работа была написана пять или шесть лет тому назад, послесловие 1 дописано двумя или тремя годами позже. Сегодня приходится констатировать, что фактически на 99% было реализовано предложение г-н Карнозова создать новый самолёт. А то, что его ваяли не молодые конструкторы, сотворившие RRJ-Superjet, и новому самолёту сохранили старое название Ил-114 – несущественные мелочи, если исходить из интересов государства. Несравненно важнее то, что:
- денег и времени на эту «глубокую модификацию» потрачено уже ничуть не меньше, чем на создание нового самолёта;
- двигатель тоже пришлось подвергнуть, если не глубоким переделкам, то серьёзному форсированию, со всеми вытекающими из того для ресурса последствиями, чему доказательство - недавняя катастрофа Ил-112 с теми же моторами;
- вопрос о создании 4-х моторной модификации Ил-114 наконец, поставлен таки в повестку дня.
В этой связи закономерен вопрос, который автору представляется риторическим:
Что было правильнее: сначала быстро сделать 4-х моторный вариант Ил-114, наладить его серийный выпуск на имевшейся на тот момент оснастке по «дедовским» технологиям, и имея эту «синицу в руках», уже потом и по частям решать вопрос о целесообразности создания двухмоторной модификации, с широким внедрением новейших технологий и материалов, или же действовать так, как действовали?
P.S. При ответе на последний вопрос следует учесть, что в широком доступе нет данных о том, насколько снизился вес пустого Ил-114-300 по сравнению с «ташкентскими» ИЛ-114-100. Однако, судя потому, что двигатели пришлось-таки переделывать и форсировать, "влетевшее в копеечку" применение новейших технологий и материалов, не дало сколько-либо существенную экономию веса конструкции.
[1] Этот уровень тем выше, чем меньше масса пустого снаряжённого самолёта, приходящаяся на одно кресло в салоне (см. строку 6 в таблице 1) в некоторой стандартной его конфигурации, обыкновенно – в варианте полностью эконом класса с шагом кресел 0,81 м (32 дюйма).
[2] АВИА Market №1 2003 г. М. Издательский дом Аэросфера. стр. 24.
[1] Источники:
по Superjet'у: http://en.wikipedia.org/wiki/Sukhoi_Superjet_100
по БАК1-11-100: С.М. Егер. Проектирование реактивных пассажирских самолётов. М. Машиностроение. 1964 г. стр. 443
по БАК1-11-500: Справочник по зарубежным военным и гражданским самолётам и вертолётам. ЦАГИ. 1985г. стр.208-209.
[1] Курсивом здесь повсюду выделены цитаты из статьи г-на Карнозова.
[2] См. раздел, посвящённый выбору числа двигателей в силовой установке в любом учебнике по проектированию самолётов.
