Реактивный флагман «Аэрофлота»
Автор © Юрий Смирнов
О магистральном авиалайнере Ил-62 и его модификации Ил-62М.
В 1960-х годах у "Аэрофлота" назрела острая необходимость в новом дальнемагистральном реактивном пассажирском самолете. По своим техническим и экономическим показателям - скорости, дальности, транспортной эффективности, по надежности и комфортабельности он должен был быть на уровне, а по возможности и выше, современных зарубежных лайнеров этого класса, таких, например, как DC-8 или "Боинг-707".
Причем, кроме общих требований, необходимо обеспечить безопасность при отказе в полете двигателя, а главное - при неожиданном попадании в зону мощной атмосферной турбулентности, что не раз приводило пассажирские самолеты к печальным последствиям.
Такой машиной и стал Ил-62, первый реактивный гражданский самолет в ОКБ С.В.Ильюшина, хотя опыт по созданию тяжелой реактивной боевой машины Ил-22 относится еще к 1947 году. Собственно, Ил-62, построенный в 1963-м, стал последним самолетом для Сергея Владимировича.
В конце 1960-х годов С.В.Ильюшин, по состоянию своего здоровья, передал проектные работы в ОКБ и испытания самолета Ил-62 своему преемнику и первому заместителю генерального конструктора Генриху Васильевичу Новожилову.
С 1970-го Г.В.Новожилов с уходом на пенсию Ильюшина возглавил фирму и был назначен генеральным конструктором.
Надо сказать, что машины первого поколения реактивных пассажирских самолетов Туполева с конца 1950-х до начала 1960-х, хотя и в неполной степени, но все-таки удовлетворяли "Аэрофлот", предоставив в его распоряжение скоростные реактивные лайнеры Ту-104, Ту-124 и Ту-134. Но в этот же период необходимость в объеме воздушных перевозок возросла в 10 раз! Летно-эксплуатационные характеристики этих, в свое время замечательных машин, также, как и малочисленных дальнемагистральных Ту-114 (построено всего 32 экземпляра), уже не могли претендовать на самолеты экстракласса. Их время уходило...
Для создания скоростного дальнемагистрального реактивного лайнера в начале 1960-х появились и благоприятные результаты разработок в авиационной науке. Достигнуты новые успехи в более рациональной аэродинамической компоновке самолета, обеспечивающей полеты на высоких крейсерских скоростях. Разработана конструкция особо прочного кессонного крыла с баками-отсеками для топлива. Построены двигатели - надежные в эксплуатации, обеспечивающие значительный прирост тяги. Достигнуты уникальные успехи в разработке пилотажно-навигационного и радиосвязного оборудования, позволившие надежное самолетовождение днем и ночью на различных географических широтах.
И вот в 1960-м ОКБ Ильюшина получило летно-технические требования от руководства "Аэрофлота" на дальнемагистральный пассажирский Ил-62.
Расчеты, аэродинамические исследования на моделях будущего самолета позволили найти рациональную форму крыла в плане, обладающую оптимальным сочетанием аэродинамических, прочностных и весовых параметров. Особое внимание было уделено характеристикам самолета в области больших (критических и закритических) углов атаки, влияющих на безопасность полета в условиях турбулентной атмосферы.
В компоновке крыла и всего самолета удалось удачно сочетать высокие летно-технические характеристики, определяющие уровень безопасности. Это достигнуто специальной аэродинамической компоновкой крыла и тщательно отработанной системой его взаимодействия с оперением и мотогондолами, а также рядом конструктивных решений, позволивших применить на самолете прямое ручное управление. Это очень важно, что управление не бустерное, а ручное: оно надежно, конструктивно просто, повышает уверенность экипажа, требует минимального обслуживания и существенно снижает себестоимость самолета.
Кстати, большую роль в создании комплексной системы автоматизации управления и самолетовождения тяжелых пассажирских машин сыграли работы по теме "Полет". Для их выполнения оборудовали специальный самолет Ил-18, который стал летающей лабораторией. Эти опыты дали возможность резко сократить сроки создания и внедрения принципиально новой системы автоматического управления тяжелыми пассажирскими самолетами.
Система типа САУ, установленная на Ил-62, стала первой отечественной резервированной системой, обладающей повышенной надежностью и безопасностью, необходимой для эксплуатации в условиях посадочных минимумов II и III категорий. Она усилена экспериментальной аппаратурой, позволявшей выполнять автоматическое приземление тяжелого самолета.
ОКБ Ильюшина совместно с ЦАГИ при разработке проекта Ил-62 провело большую серию лабораторных испытаний на прочность и выносливость, в том числе и натурного самолета с имитацией полного спектра нагрузок, что позволило заранее установить очаги усталостных разрушений и обеспечить прочность конструкции в течение всего срока эксплуатации машин. И это очень важно. Ведь именно из-за недооценки английскими специалистами этой специфики в конструктивном обеспечении выносливости своего первого реактивного пассажирского самолета "Комета" на нем случилось несколько катастроф.
Конечно, кормовая установка двигателей заведомо связана с определенными весовыми издержками. Однако в силу принципиально новых решений, принятых при проектировании Ил-62, удалось создать конструкцию с кормовой установкой двигателей, по весовой эффективности почти не уступающей силовой установке зарубежных самолетов "Боинг-707" и DC-8. Характерна и высокая весовая эффективность Ил-62. Этот самолет при несколько больших размерах крыла и фюзеляжа имеет меньший вес чисто конструкции, чем однотипный английский самолет "Супер" VC-10, и соответственно, большую грузоподъемность, то есть большую весовую отдачу.
Главный инженер фирмы "Локхид" Роберт Ормсби после основательного ознакомления с самолетом провел пресс-конференцию, где сказал: "Ил-62" - это хорошо и искусно сработанная практичная конструкция. Это один из добротно спроектированных самолетов. Русские, безусловно, испытывают заслуженную гордость за свой самолет, да он и стоит того".
Для Ил-62 было возможно лишь высокое расположение горизонтального оперения. И это, в конечном итоге, позволило найти оптимальное расположение гондол двигателей, обеспечивающее существенное снижение уровня шумов в пассажирской кабине.
Для того, чтобы схема самолета стала действительно совершенной, потребовалось провести огромную работу. Было рассмотрено большое количество компоновок крыльев, оперения, гондол двигателей и их взаимных расположений, -исследовано при всевозможных статических и динамических испытаниях. Только на отработку "клюва" (наплыва) затрачены многие сотни часов испытаний в аэродинамических трубах...
Как известно, стреловидность крыла вместе с положительными качествами обладает и нежелательным свойством: ухудшает поперечную управляемость, особенно на больших углах атаки. Вот конструкторы, учитывая это, разработали на передней кромке крыла Ил-62 особый наплыв в виде "клюва". Это совокупно со специальным подбором профилей и геометрической круткой дало возможность добиться хороших характеристик поперечного момента по всему диапазону углов атаки, не исключая и закритических. Причем, на крейсерских режимах наплыв не ухудшает характеристики крыла. Он подобран так "хитро", что начинает действовать лишь на тех углах атаки, которые превышают свою величину на крейсерских режимах, генерируя мощный вихрь, как бы выполняя функции аэродинамической перегородки.
Продувка моделей в аэродинамических трубах показала, что самолет имеет большой запас поперечной устойчивости даже на закритических углах атаки. Ему не страшна встреча с зоной активной воздушной турбулентности. Кстати, на зарубежных самолетах подобной схемы также приходилось решать эту задачу. Но она решалась более сложным путем: в управление внедрялся громоздкий агрегат - "толкатель штурвала", который включался при возникновении резкого вертикального потока.
В компоновке самолета с двигателями в хвостовой части фюзеляжа важно было расположение основных опор. От правильного их размещения во многом зависели взлетнопосадочные характеристики и весовая эффективность. Масса двигателей, расположенных в задней части фюзеляжа, сдвигает центр масс пустого самолета назад. Но по мере загрузки багажом и пассажирами, центр масс перемещается вперед.
Эта "разбежка центровок" загруженного и пустого самолета может достигать большой величины. Если разместить основные опоры Ил-62 по обычной схеме (центр масс пустого самолета находится впереди их), это приведет к чрезмерному выносу опор самолета назад относительно центра масс загруженного самолета. А это при взлете и, особенно, при передней центровке потребует от горизонтального оперения значительного кабрирующего момента для отрыва машины от земли.
У многих подобных иностранных летательных аппаратов эта проблема решалась увеличением площади горизонтального оперения и руля высоты, что приводит к значительному увеличению веса конструкции и, конечно же, снижению экономических показателей самолета.
На Ил-62 поступили иначе: основные опоры расположили впереди центра масс пустого самолета. Это намного уменьшило вынос основных опор по отношению к центру масс загруженного самолета и избавило от неизбежности создания мощного кабрирующего момента для отрыва самолёта.
А вот для стоянки и руления пустого самолета по аэродрому устроена специальная хвостовая опора, убирающаяся после окончания загрузки. Это простое приспособление позволило уменьшить площадь рулевых поверхностей и обойтись без бустеров (их например, на английском VC-10 установлено 17!), расположить всё основное оборудование в хвостовой части, вблизи двигателей и значительно упростить технику взлета.
Это очень важно, в первую очередь, для безопасности полетов. Ведь на Ил-62 создана простая, надежная безбустерная система управления. Лишь на руле направления имеется единственный демпфер-бустер для уменьшения нагрузки на педали летчика. Впрочем, при отключении бустера усилия на педали, как утверждают пилоты, вполне нормальные.
Руль высоты оборудован двумя триммерами, а руль направления и элероны снабжены пружинными сервокомпенсаторами. Ил-62 - единственный тяжелый реактивный самолет в мире, на котором осуществлено ручное безбустерное управление.
При проектировании Ил-62 были изысканы все возможности для уменьшения веса конструкции. Взять хотя бы произведенный переход с оборудования электросистемы постоянного тока напряжением 27В на электросистему переменного тока с напряжением 220В. Так вот, электросистема, работающая при переменном трехфазном токе, включая генераторы и потребители, оказалась значительно надежнее, а главное на 600 кг облегчила конструкцию самолета.
Схема самолета с расположением двигателей на кормовой части фюзеляжа имеет ряд существенных преимуществ, по сравнению с размещением их на пилонах под крылом. Такое расположение позволило иметь "чистое крыло" с высоким аэродинамическим качеством, а также более свободное устройство эффективной механизации крыла. Двигатели близко расположены друг к другу и отказ любого из них не скажется на нагрузках по управлению самолетом. Пилон, имеющий значительную площадь, разгружает стабилизатор, который, как и киль, можно сделать меньшим по размерам.
В связи с задним расположением двигателей в кабинах уменьшился уровень шума. Двигатели удалены от топливных баков и возможность возникновения пожара на борту намного уменьшена. Почти на нет сводится повреждение двигателей при грубой посадке лайнера. Однако у этой схемы есть и недостатки, которые конструкторы учли при разработке проекта. Отсутствие двигателей на крыле уменьшает разгрузку конструкции в полете, что потребовало некоторого увеличения веса крыла. Смещение назад центра масс несколько усложняет компоновку самолета. Значительно удлиняется носовая часть машины, магистрали топливопроводов и управления двигателями.
Специально для Ил-62 в КБ Н.Кузнецова создали ТРДД НК-8 с первоначальной тягой в 9500 кгс, а затем в варианте НК-8-4 увеличенной до 10500 кгс. Одной из характерных особенностей двигателя было то, что он имел очень низкий удельный вес, что удалось достигнуть предельной простотой его конструкции и широким применением титановых сплавов. Другое достоинств о двигателя - высокая его надежность. И еще особенность: впервые все основные агрегаты расположили в нижней части двигателя, что намного упростило доступ к ним при обслуживании и ремонте.
Но и этого было мало. Ильюшинцы нашли лучший выход - заменить двигатели на более мощные и экономичные. С этой целью выбрали новый двухконтурный двигатель Д-30КУ конструкции П.Соловьева со взлетной тягой 11000 кгс, малым удельным расходом топлива и новым реверсивным устройством. Дело в том, что Д-30КУ имеет высокую степень двухконтурности - 2.33 вместо 1 у НК-8-4, установленных на эксплуатирующихся Ил-62. Несмотря на большой диаметр новых двигателей, их удалось разместить в гондолах, практически без увеличения их миделя. Одновременно усовершенствовали аэродинамическую форму гондол, что положительно сказалось на крейсерских режимах полета.
На Ил-62 впервые в нашей стране применили систему реверсирования тяги двигателей, позволившую посадки в сложных метеоусловиях, на мокрые и обледенелые ВПП. С использованием реверса значительно сокращались дистанции пробега самолета.
На воздушном параде в Домодедово в июле 1967-го Ил-62, пилотируемый экипажем во главе с шеф-пилотом ОКБ В.Коккинаки, продемонстрировал все свои неоспоримые достоинства. Самолет, приземлившийся перед трибунами, показал не только движение вперед, но и "задний ход". Это свойство пригодилось и на практике. В первом полете в США Ил-62 приземлился в нью-йоркском аэропорту "Кеннеди". Десятки корреспондентов с нетерпением осаждали самолет. Ил-62 был по достоинству оценен в американской печати.
Забавным был случай при отлете на Родину. Пассажиры и экипаж заняли свои места в самолете, который стоял носовой частью близко к зданию аэропорта и соединялся с ним крытым коридором. К самолету подъехал маленький тягач, чтобы отбуксировать его на взлетную полосу, но буксировочное устройство не подходило по размерам к нашему самолету. К удивлению присутствующих, командир экипажа Ил-62 попросил отогнать тягач в сторону, запустил двигатели, включил обратную тягу реверса и дал "задний ход". Так и дорулил до взлетной полосы.
При создании Ил-62 особое внимание уделялось обеспечению техники безопасности полетов согласно существующим международным нормам. Самолет при отказе на взлете одного из двигателей, в зависимости от обстоятельств, мог прекратить взлет и остановиться в пределах ВПП, либо продолжать его с набором высоты. Это обеспечивается двигателями, имеющими достаточный резерв мощности и реверсивное устройство, а также тем обстоятельством, что рули и элероны имеют повышенный запас площадей и углов отклонения, а тормоза - большую силу воздействия.
При отказе одного или даже двух двигателей на маршруте возможен безопасный полет до ближайшего запасного аэродрома. Причем, запас резерва мощности у двигателей таков, что уход на второй круг и повторный заход на посадку возможен при отказе не только одного, но и двух двигателей.
В случае разгерметизации пассажирской кабины для защиты пассажиров пилоты смогут снизиться с максимальной высоты крейсерского полета до безопасной высоты 4000 м всего за 3 минуты. Именно такие параметры соответствуют международным нормам. А при критической ситуации после посадки для покидания самолета пассажиры и экипаж имеют в своем распоряжении специальное бортовое оборудование - аварийные люки, надувные трапы, плоты, аварийное освещение.
Каковы же конструктивные особенности самолета? Ил-62 - моноплан с низкорасположенным стреловидным крылом, с размещенным сверху киля стабилизатором, двигателями, закрепленными на пилонах в кормовой части фюзеляжа и с обычной трехопорной схемой шасси. Имеется также дополнительная хвостовая опора.
Фюзеляж - типа монокок, эллиптического сечения. Варианты компоновки на Ил-62 различаются числом мест - 186, 168 и 138. Варьируется размещение и в нескольких салонах: 72 пассажирских места в переднем салоне и 114 - в заднем. Соответственно- 66 и 102. Есть также вариант - передний салон на 12 пассажиров, средний - на 24 и задний на 102 пассажира.
До высоты 7200 м давление в кабинах постоянное и равно земному. А на высоте 13000 м давление соответствует барометрическому на высоте 2400 м.
В фюзеляже также расположены кабина для пяти членов экипажа, буфет-кухня, гардероб на 130 мест в задней части фюзеляжа, пять туалетных комнат, передний и задний служебные отсеки. Под полом находятся четыре багажных отделения.
Крыло Ил-62 - трехлонжеронное, моноблочной конструкции, укреплено панелями из прессованных заготовок. Поперечный силовой набор - клепанные нервюры балочного типа. Носовая и хвостовая части крыла представляют собой стандартную клепанную конструкцию. На рулях и элеронах установлено по два триммера. Для создания режима крутого планирования и сокращения пробега на посадке, помимо закрылков, используются и интерцепторы. Угол установки стабилизатора меняется с помощью электромеханизма, который для надежности имеет два двигателя.
Топливо самолета расположено в крыле, в семи баках-отсеках. Четыре бака основные и три - дополнительные, причем из последних в основные топливо перекачивается электронасосами. Каждый двигатель имеет свой расходный отсек с двумя электронасосами. Для дренажирования баков на крутом планировании и при аварийном экстренном снижении имеется дополнительная дренажная система. Есть также система аварийного слива топлива с помощью семи электронасосов, которые могут работать на форсированном режиме. Сливные трубы имеют выход на концевых обтекателях крыла. Вместимость топливных баков - 100 тыс.л.
Шасси Ил-62 состоит из двух основных опор с тележкам по четыре колеса, передней опоры с двумя колесами и дополнительной хвостовой опоры. Передняя опора управляемая и колеса на ней тормозные. Колеса же основной опоры снабжены мощными дисковыми тормозами. Кроме основной, имеется еще и дополнительная система аварийного торможения.
Гидравлическая система самолета состоит из основной и вспомогательной сети. Основная гидросеть обеспечивает уборку и выпуск шасси, управление поворотом передней опоры, основную и стояночную системы тормозов, управление интерцепторами и стеклоочистителями.
Противообледенительная система во время полета защищает от обледенения носки крыла и оперения, воздухозаборники, коки двигателей, передние стекла кабины экипажа и форточки. Эта система защищает также заборники воздушных радиаторов кондиционирования в корневой части крыла. При этом противообледенительные устройства крыла, оперения, воздухозаборников и коков двигателей - воздушно-тепловые, а передние стекла кабины экипажа и форточки защищены от обледенения электрообогревом.
Основные источники электроэнергии - четыре генератора переменного тока. Система постоянного тока получает питание от основной системы через выпрямительные блоки. Установлены также вспомогательные силовые агрегаты с двумя генераторами - один постоянного, другой переменного тока.
Запуск двигателей производится сжатым воздухом от бортового турбоагрегата ТА-6, который расположен в фюзеляже. При нахождении самолета на земле ТА-6 вырабатывает электроэнергию для питания бортовой сети и для подачи свежего воздуха в кабину экипажа и салоны.
Разработка новых двухконтурных турбовентиляторных двигателей НК-8 для Ил-62-го велась одновременно с разработкой конструкции самолета. При этом для сокращения сроков испытательных полетов запроектировали выпуск сразу трех опытных машин. Особое внимание на первом этапе испытаний уделили поведению тяжелой машины с безбустерным управлением.
В аэродинамическом плане здесь предстояло решить немало ожидаемых проблем. Время поджимало, поэтому ускорили постройку сперва одного самолета, который временно оснастили турбореактивными двигателями АЛ-7 конструкции А.Люльки, несколько меньшей мощности, чем НК-8. Эта машина впервые поднялась в воздух в январе 1963-го. На ней совершили несколько полетов, проверив устойчивость, управляемость и все взлетно-посадочные характеристики.
Второй Ил-62, уже с доведенными двигателями НК-8, свой первый полет совершил в апреле 1964-го. На этой машине отрабатывали силовую установку и проверяли взаимодействие всех самолетных систем и бортового оборудования. И, наконец, третий опытный экземпляр с двигателями НК-8 поднялся в воздух в июле 1965-го. Вот этот самолет и стал эталоном для серийного производства. Его представили на госиспытания, которые успешно завершились в середине 1967-го.
В это же время, наряду с госиспытаниями, на четырех серийных машинах проводились эксплуатационные испытания. После их завершения, в сентябре 1967-го открылись пассажирские перевозки нового дальнемагистрального лайнера на трассах "Аэрофлота".
Дебют нового лайнера стал вполне успешным. В английском журнале "Аэроплейн" в августе 1968-го полет на Ил-62 по маршруту Прага - Лондон комментировался так: "После запуска шум от двигателей был почти не слышен. Взлет продолжался всего 35 секунд. Во время полета самолет продемонстрировал исключительную устойчивость и стоял как скала, совершенно не проявляя тенденций к колебаниям, что присуще большим машинам, особенно с длинной носовой частью фюзеляжа.
Работа воздушных тормозов и закрылков почти не ощущалась, и только послышался легкий стук, когда производился выпуск шасси на довольно большой скорости при полете близ Уотфорда. Но этот стук был много слабее, чем, например, у подобных самолетов фирмы "Боинг". Скорости планирования и посадки были настолько малы, что казалось, самолет какое-то время буквально плывет в воздухе".
Особенно хотелось бы отметить весовое соотношение самолета. Оно характеризуется наибольшей весовой отдачей и наименьшим значением относительного веса планера. Ил-62, наверняка, имел бы худшие показатели, чем DC-8 и "Боинг-707" (при равной весовой отдачи конструкций) если бы не нашли принципиально новую схему посадочных устройств, что обусловлено расположением двигателей на корме фюзеляжа.
Это привело к улучшению ряда свойств самолета, но в то же время, к утяжелению конструкции. При этом возрастает вес не только фюзеляжа, но и неразгруженного двигателями крыла. Но величину утяжеления удалось свести к минимальной с помощью внедрения в конструкцию новой системы посадочных устройств.
Высокой весовой эффективности конструкции Ил-62 удалось достигнуть только при всестороннем анализе различных схем компоновок, прочности и веса на всех этапах проектирования.
Еще большей эффективности самолета удалось достичь в модернизации Ил-62М, когда были увеличены коммерческая нагрузка, дальность и скорость полета. Если сравнить однотипные по расположению двигателей и близкие по размерам самолеты Ил-62М и английский "Супер" VC-10, то интересно проследить соответственно основные данные:
| Ил-62М | VC-10 | |
| Максисмальный взлетный вес, т | 165 | 152 |
| Вес пустого, т | 71,6 | 71,6 |
| Максимальная коммерческая нагрузка, т | 23 | 21 |
| Дальность при максимальной нагрузке, км | 8270 | 8500 |
| Коммерческая нагрузка при макс. дальности полета, т | 10 | 6,3 |
| Крейсерская скорость, км/ч | 870 | 885 |
| Весовая отдача, % | 57 | 53 |
Таковы характеристики улучшенного варианта Ил-62М. Работа по этой программе началась в 1969-м, цель её - улучшение летно-технических и экономических характеристик машины. Прежде всего, двигатели НК-8-4 заменили на более современные и экономичные конструкции П.Соловьева. Усовершенствовали гондолы двигателей, сделав их более совершенной аэродинамической формы. А в киле установили дополнительный топливный бак емкостью на 5000 л керосина, что значительно увеличило дальность полета.
Источники:
1. Юрий Смирнов, "Крылья Родины" №1 2001
Скан статьи журнала "Крылья Родины" №1 за 2001 год
