В 50-е гг. прочность самолетов рассчитывалась по хорошо известным и неплохо себя зарекомендовавшим методикам. Весьма древним («The History of the Aircraft Structural Integrity Program», June 1980, Wright-Patterson AFB, Ohio):
- Фактически, в 1954 г. методика расчета прочности самолета в целом была практически идентична той, которой пользовались в 1903 г. Уилбур и Орвилл Райты.
Испытания на прочность также проводились сродни поездке по накатанной дороге. По двум дорогам: ломай пока не сломается и имитируй циклические нагрузки, возникающие в полете. Летный ресурс назначался, исходя из прочностных расчетов и результатов испытания с примесью фактора волюнтаризма. Назначенный летный ресурс (200, 2000, 4000 или 40 000 летных часов) устанавливался едва ли не волюнтаристски, поскольку утвержденная ВВС методика расчета назначенного ресурса на этапе НИОКР отсутствовала.
В первой половине 50-х гг. в ВВС по причине разрушения конструкции планера произошло несколько аварий и катастроф с самолетами, налетавшими за свою карьеру совсем небольшое количество часов (F-89C и В-36 в 1952 г., F-84 в 1953 г., F-86 в 1955 г., F-101 в 1958 г.).
Звоночки на тему несоответствия прочностных испытаний реалиям полета прозвучали, к ним прислушались и не более того. Проблемы решались в частном порядке, а не системно: вырабатывались и проводились в жизнь мероприятия по конкретным типам самолетов. Как пример: летный ресурс истребителя-бомбардировщика F-84G урезали c гарантированных разработчиком 5000 ч до 1200 ч, истребителей F-86F – с 5000 ч до 2500 ч; в обоих случаях проводились мероприятия по усилению конструкции планеров.
Точкой перелома стали события 1958 г., известные как кризис прочности конструкции бомбардировщиков В-47 (B-47 structural crisis).
Стратегическое авиационное командование ВВС США в один день 13 марта 1958 г. лишилось двух В-47. На В-47В, взлетевшем с авиабазы Хоумстед, шт. Флорида, на третьей минуте полета разрушился центроплан в районе стыка правой консоли крыла и фюзеляжа. На тренировочном TF-47 в полете на высоте 7000 м сорвало обшивку крыла в районе пилона внутренних двигателей, после чего консоль крыла разломилась. Налет В-47В на момент катастрофы составлял 2077 ч, ТВ-47 – 2148 ч. При выполнении тренировочного полета над штатом Флорида 21 марта в наборе высоты развалился В-47Е, общий налет этой машины составлял 1129 ч. Четвертый бомбардировщик был потерян 10 апреля – В-47Е (общий налет 1265 ч) взорвался при подходе к заправщику КС-97. 15 апреля сразу после взлета с авиабазы МакДилл, шт. Флорида, разрушился В-47Е с налетом 1419 ч.
Катастрофы весны 1958 г. не были первыми в истории самолета В-47, но они, во-первых, «кучно пошли», а, во-вторых - легко приводились к общему знаменателю. Расследования показали, что только в одном случае из пяти причиной катастрофы могла послужить ошибка экипажа, да и то – с натяжкой. В четырех случаях катастрофы произошли вследствие разрушения конструкций планеров из-за потери прочности. Ни один из пяти потерянных бомбардировщиков не перевалил экватор своего теоретически предсказанного срока эксплуатации.
Показателен факт не включения в весеннюю 1958 г. партию утраченных ВВС бомбардировщиков двух В-47, потерянных в феврале 1958 г. 5 февраля В-47 столкнулся в воздухе с истребителем F-86, экипаж В-47 сумел выполнить аварийную посадку на авиабазе Хантер, но самолет пришлось списать. 26 февраля разведчик RВ-47Е при заходе на посадку на авиабазе Локбурн, шт. Огайо, вошел в землю под большим углом, предположительно, из-за потери экипажем пространственной ориентировки. К слову, посадка В-47 5 февраля была выполнена с четвертого захода, после того, как экипаж сбросил в море лишний груз – атомную бомбу Mk 15, бомбу так и не нашли.
Командование САК после первых трех катастроф весенней серии инициировало внеплановую инспекцию состояния парка бомбардировщиков и ввело очень жесткие ограничения на режимы полета: приборная скорость не более 360 узлов (667 км/ч), перегрузка не более 1,5g. После пятой катастрофы ограничения ужесточили: максимальная полетная масса без ПТБ 136 000 фунтов (61 700 кг), с ПТБ – 185 000 фунтов (83 900 кг), максимальный угол крена не более 30 град., максимальная приборная скорость не более 310 узлов (574 км/ч), запрет на полеты на малых высотах кроме режимов взлета и посадки, запрет на выполнение полетов в условиях турбулентности, запрет на выполнение дозаправки в воздухе.
На практике эти ограничения означали абсолютный запрет на боевое применение бомбардировщиков В-47, составлявших тогда главную ударную силу САК, если не вообще ядерной триады США.
Тактика боевого применения В-47 оставалась неизменной до 1957 г. Со второй половины 1957 г. экипажи В-47 приступили к отработки новой тактики – преодоление ПВО в полете с большой скоростью на малой высоте и сброс боевой нагрузки (атомной бомбы) с кабрирования. Расход топлива в полетах по новому профилю существенно возрос, поэтому дозаправки в воздухе стали выполняться чаще. Ограничения по режимам полетов самолета В-47, вступившие в силу в конце апреля 1958 г., исключали выполнение тактических приемов, введенных в 1957 г., а возврат к старой тактике отнюдь не гарантировал, при неизбежном росте потерь в бомбардировщиках, поражения объектов, расположенных в глубине территории СССР и его союзников.
В-47 проектировался в соответствии с требованиями ВВС (точнее авиации армии США – USAAF) к дальнему бомбардировщику, предназначенному для нанесения ударов с больших высот в горизонтальном полете. Прототип ХВ-47 выполнил первый полет в декабре 1947 г. Первые В-47 поступили в эскадрильи САК в 1951 г. В 1956 г. бомбардировщики В-47 состояли на вооружении 28 стратегических авиакрыльев, еще в пяти авиакрыльях эксплуатировались разведчики RB-47. Серийное производство В-47 осуществлялось на трех заводах, с 1951 по 1957 гг. было построено 2042 самолета всех модификаций (с учетом прототипов). ВВС в 1958 г., до серии катастроф, планировали эксплуатировать бомбардировщики В-47 минимум до 1965 г.
Общую причину четырех из пяти катастроф установили быстро и точно: потеря усталостной прочности конструкции. На подавляющем количестве бомбардировщиков в ходе инспекций обнаружили трещины. Причины возникновения трещин также установили: изменение условий эксплуатации и внесение изменений в конструкцию самолета.
Командование САК отлично понимало, что переход от высотных полетов на маловысотные негативно отразится на летном ресурсе бомбардировщиков. Конструкторов своевременно попросили просчитать возможное сокращение безопасно допустимого общего налета В-47. Точный прогноз подготовить не представлялось возможным из-за отсутствия в полном объеме достоверной информации о нагрузках на планер, действующих в полетах по новому тактическом профилю. Накопительное влияние на прочность планера В-47 нештатного обтекания во время дозаправки в воздухе вообще никогда не учитывалось, хотя, как показали более тщательные исследования, негативный эффект был весьма ощутимым. Конструкторы, тем не менее, заверили командование ВВС, что самолеты с налетом 2000 ч могут абсолютно безопасно летать на малых высотах с большими скоростями и выполнять резкое (для бомбардировщика) боевое маневрирование. Первые два разбившихся самолета налетали чуть больше 2000 ч, три следующих – существенно меньше. Военные и гражданские пришли к логичному заключению о необходимости при определении летного ресурса учитывать особенности режимов полета.
Эволюция В-47 ничем не отличалась от эволюции большинства самолетов, хоть исторических, хоть современных. От модификации к модификации бомбардировщик набирал массу, рост массы пытались компенсировать установкой более мощных двигателей. Полетная масса ХВ-47 составляла 125 000 фунтов (56 700 кг), силовая установка – шесть двигателя тягой по 4000 фунтов (1814 кгс), В-47В – 185 000 фунтов (83 915 кг) при шести двигателях тягой по 5800 фунтов (2630 кгс), В-47Е – 206 700 фунтов (93 758 кг) и шесть двигателе тягой по 6000 фунтов (2722 кгс)*.
*данные приведены согласно «The History of the Aircraft Structural Integrity Program», они отличаются от приводимых в справочниках.
В-47 проектировался из расчета 150% прочности конструкции, поэтому заложенный в него запас прочность должен был компенсировать увеличение нагрузок от прироста массы и тяги, но не компенсировал, так как изменение основных режимов полета привело к перераспределению нагрузки. Вдобавок в ВВС стали практиковать взлеты В-47 с реактивными ускорителями, что означало очень серьезную дополнительную нагрузку, приложенную к планеру в достаточно неожиданном месте.
Весной 1958 г. к проблеме прочности самолетов, состоящих на вооружении ВВС, подошли системно. В июне 1958 г. на стол заместителя командующего ВВС Кертиса ЛеМея (Curtis E. LeMay) легла программа «Aircraft Structural Integrity», подготовленная инженерами авиабазы Райт-Паттерсон. Составители этого документа определили три главные задачи, связанные с прочностью самолета в целом:
- выработка мер, необходимых для возобновления нормальной эксплуатации бомбардировщиков В-47;
- выполнение теоретических и прикладных исследований в области прогнозирования прочности авиационных конструкции;
- внедрение прогностических методик в практику проектирования перспективных самолетов.
Мероприятия по «реабилитации» В-47 начались немедленно. На основании расследования катастроф весны 1958 г. были определены узкие места планера, где микроразрушения вроде трещин появлялись в первую очередь и разработаны мероприятия по срочному усилению конструкции планера - под доработку попало 1622 самолета В-47. Самое главное: командование САК приняло решение о проведении дополнительных испытаний на прочность с целью отслеживания возникновения и развития усталостных повреждений в тех самых узких местах. Для испытаний отобрали три бомбардировщика, испытания проводились по идентичной программе тремя независимыми друг от друга исполнителями: NACA (Лэнгли, шт. Виргиния), фирмой «Боинг» (заводе в г. Уичита, шт. Канзас) и фирмой «Дуглас» (завод в г. Тулса, шт. Оклахома). Испытания заняли несколько месяцев. Анализ результатов испытаний позволил определить гарантированный, с учетом своевременного выявления повреждений и выполнения ремонта, летный ресурс бомбардировщика – 5000 ч. Назначенный летный ресурс стратегических бомбардировщиков ВВС США в то время составлял 10 000 ч и 5000 посадок. Весьма вероятно, что гарантированный ресурс для конкретного типа самолета с поправкой на специфику выполняемых заданий был определен впервые в истории военной авиации США.
