Цикл статей о перспективах возрождения производства транспортных самолётов
Это пятая статья-отклик на материал Н. В. Якубовича «Ан-12 — прошлое или будущее?»:
Прескриптум: всё сказанное — моя субъективная точка зрения как инженера по техобслуживанию воздушных судов, бывшего ведущего инженера участка ЛИС авиазавода с опытом работы в том числе на турбовинтовых машинах нескольких типов. На истину я не претендую и научно-исследовательских работ на эту тему я не проводил, однако похожие проекты были и есть.
Что такое вообще Ан-12? Средний транспортный самолёт грузоподъёмностью до 20 тонн, относительно тихоходный, но способный работать с коротких взлётно-посадочных полос, в том числе грунтовых. Это — прямое крыло, дающее хорошую подъёмную силу на малых скоростях, и турбовинтовые двигатели, дающие обдувку крыла — а с ней и дополнительную подъёмную силу. Турбовинтовые машины вовсе не устарели, как думает иной обыватель, у них своя ниша.
Немного об устройстве родного двигателя Ан-12 (АИ-20) и особенностях турбовинтовых двигателей в целом — в статье «Как измерить силушку богатырскую у самолёта. Часть I»:
За рубежом и не думает уходить на пенсию одноклассник Ан-12 — C-130 Геркулес. Очевидно, что такой самолёт нужен, раз до сих пор летают старые Ан-12, несмотря на огромные проблемы с двигателями (их производило Запорожье) и продляемый правдами и неправдами ресурс. Но уместно ли его возрождение в том самом виде, в каком мы привыкли его видеть?
Ведь значительно шагнула вперёд не только авионика — изменились все отрасли авиастроения, а также методы ведения боевых действий, что тоже надо учитывать. Ведь Ан-12 — прежде всего ВТС, военно-транспортный самолёт.
Но сперва вспомним, чем являлся газотурбинный самолёт в 1950-е года — это была инновация, новая страница в авиастроении. Даже сравнительно небольшие самолёты вроде Виккерс Виконта или Кометы создавались 4-моторными, буквально через десятилетие появились их 2-моторные одноклассники.
4 двигателя ставились по двум причинам — и просто ещё не было надёжных двигателей большой тяги, и закладывался запас на случай отказа двигателя в полёте — отказ не был чем-то из ряда вон выходящим. Сегодня же каждый уважающий себя 2-моторный самолёт имеет сертификат ETOPS, позволяющий висеть на двух двигателях чуть ли не посреди океана. Так что в наши дни можно всерьёз рассмотреть 2-моторный вариант даже военного транспортника Ан-12.
Вначале сравним 2-моторную и 4-моторную схемы с точки зрения надёжности. Вариант первый — задержка вылета из-за отказа. Вариант второй — продолжение полёта при отказе. В первом случае 4-моторная схема проигрвает вчистую — увеличение числа двигателей в 2 раза означает рост вероятности отказов в 4 раза. То есть условный авиаполк за один и тот же промежуток времени имеет не 1 случай срыва полёта, а 4.
Если углубиться и вспомнить, сколько конкретно на Ан-12, например, генераторов — то всё ещё хуже. 8 генераторов постоянного тока и 4 генератора тока переменного. Отказ одного генератора постоянного тока позволяет лететь до базы с многократными посадками — но только до базы, продолжать выполнять задание, не связанное с возвращением, нельзя. А отказать может что угодно — чаще это ДМР (дифференциально-минимальное реле), реже — регулятор, ещё реже — сам генератор.
И если первые две позиции меняются относительно легко, то смена генератора — дело серьёзное. Плюс надо где-то взять исправный агрегат. Короче говоря, в небоевой эксплуатации, не говоря об эксплуатации в ГА, 4-моторный самолёт сильно уступает 2-моторному в регулярности полётов. И даже в военное время не всегда и не везде боевые условия.
Теперь о живучести в полёте. Разделим причины отказов двигателей на боевые и небоевые. С боевыми всё проще — в наши дни тяжёлая авиатехника уничтожается в основном при помощи ЗРК и ПЗРК (переносной зенитно-ракетный комплекс), а о них ещё в Афгане было сказано примерно следующее:
"Попадание зенитной ракеты приводит к поражению летательного аппарата плотным потоком осколков, что, как правило, наносит повреждения, делающие дальнейший полёт невозможным, поэтому конкретный характер повреждений авиатехники практического интереса не представляет".
Иными словами, попадание ракеты приводит или к потере управления, или к разрушению конструкции. Это не пуля, пробившая маслорадиатор... И значения уже не имеет, 2 двигателя или 4 — хоть восемь, как на Б-52. Так что поговорим о небоевых вариантах отказов двигателей.
Любой современный самолёт рассчитывается так, чтобы при отказе одного двигателя на любом этапе полёта смочь продолжить полёт. Если соблюдены условия взлёта — тоже неважно, 2 двигателя или 4. Поодиночке двигатели отказывают, как правило, по внутренним причинам — прогар камеры сгорания, разрушение лопатки, отказ топливной аппаратуры, масляное голодание подшипника из-за загрязнения каналов и так далее.
Такой отказ на соседние двигатели не распространяется за редким исключением — если осколки ротора повреждают соседний двигатель либо на него распространяется пожар. В любом случае тут у 4-моторной схемы преимущество лишь в одном случае: если нарушены условия взлёта, то есть самолёт перегружен для данной температуры воздуха, длины полосы или высоты аэродрома — и 1/2 тяги не хватит, а 3/4 хватит. Довольно узкая дорожка, если учесть, что порой при перегрузе и 4/4 не хватает...
Такое может быть либо в боевых условиях при выходе из-под удара, либо в небоевой эксплуатации при грубом нарушении. Второй вариант рассматривать нет смысла, а сколько история знает случаев по первому варианту — интересно было бы обсудить. Сберегая на борту 4 двигателя на такие редчайшие случаи, мы оставляем их как бремя на остальной период эксплуатации. А ведь уже упомянутые срывы вылетов тоже могут иметь тяжёлые последствия — если произошёл срыв вылета на спасательное или боевое обеспечение.
И наконец — отказ по внешним относительно двигателя причинам. Это птицы, это град, это вода в топливе, это попадание в спутный след и так далее. Если после попадания в спутный след есть немалый шанс запустить остановившиеся двигатели, то попадание в град или плотную стаю птиц с большой вероятностью повреждает все или почти все двигатели. Не говоря уж об отказе из-за воды в топливе — свежа память хотя бы о падении в болото Ту-95МС в 2015 году. Тут 4 двигателя не выигрывают.
И напоследок вспомним понятие критического двигателя — внешние двигатели значительно отдалены от центра масс, что при их отказе даёт сильные разворачивающие и кренящие моменты. Особо опасен для Ан-12, Ил-18, Ил-38 отказ двигателя номер 4 — падение подъёмной силы и тяги далеко справа вкупе с кренящим моментом работающих двигателей (винты левого вращения дают кренящий момент вправо) создаёт наиболее опасную ситуацию.
Поэтому этот двигатель и называется критическим. Наедине с другими неблагоприятными условиями (сильный боковой ветер, отказ системы флюгирования 4-го двигателя и др.) это может решить судьбу полёта не в нашу пользу. Легче пережить этот отказ при соосных винтах — они не дают кренящего момента, либо при винтах противоположного вращения, как это сделано на Эрбасе А400, но это требует разнотипных редукторов на одном самолёте, что затрудняет ремонт.
Предлагаю отвлечься и почитать воспоминания В. В. Ершова — как ощущается на практике отказ 4-го двигателя на Ил-18:
"Самолет бросает вправо, созданный было крен моментально выправляется и норовит завалиться уже в другую сторону. Давлю левую педаль изо всех сил, но нос уезжает, уезжает вправо, ноги явно не хватает.
– Креном, креном помогай! Триммируй!
Кое-как, отклонив штурвал влево чуть не до упора, удается удержать машину; после нажатия тумблеров триммера элерона и руля направления усилия на педали чуть уменьшаются."
Исходя из всего этого, я считаю, что целесообразно возобновить производство глубоко модернизированного Ан-12 с двумя двигателями. Что глубокая модернизация при возобновлении производства неизбежна — показывает пример возрождения Ил-76 в виде изделия 476: самолёт получил не только новые двигатели (применение которых уже было отработано ранее) и авионику, но и новое крыло. А крыло — основа самолёта и самый сложный в проектировании узел.
Кроме того, старая оснастка просто утрачена — необходимо изготавливать с нуля новую, а за десятилетия прогресса какие-то старые материалы сняты с производства, появились новые со значительно лучшими характеристиками. Шагнули вперёд и методы обработки — например, фрезеровки цельных больших панелей, что позволило значительно облегчить крылья современных самолётов. О сложностях возобновления производства рассказано в предыдущих статьях:
Поэтому, раз проектирование нового крыла неизбежно — ничто не мешает спроектировать его сразу под 2 двигателя. Осталось определиться, что это могут быть за двигатели. В заключительной части статьи сравним 2- и 4-моторный варианты с точки зрения конструкции и экономики.
Обновления канала можно увидеть не только в ленте Дзена — можно и не дождаться, но и в Телеграм-группе «Всё, что движется», где помимо меня публикуются машинист тепловоза, инженер локомотивного депо, студент авиационного института и другие авторы:
Если вам интересна тема транспортной техники — жду в подписчиках и здесь, и там!
