Ан-2, по мнению некоторых, устарел и требует замены, с самого начала его создания в 40-х годах прошлого века. Первый проект был отвергнут экспертами из-за несоответствия требованиям в части мотора и схемы, а также из-за отсутствия вооружения и военных грузов, малой грузоподъемности, скорости и дальности. Однако в годы войны широко применялся По-2 с крейсерской скоростью 111 км/ч и грузоподъемностью менее 400 кг, взлетающий с разбегом всего 340 метров.
В советское время пытались заменить Ан-2 специализированными аналогами, но безуспешно. Ан-3 с турбовинтовым двигателем ТВД-20, Т-101 «Грач» с ТВД-10Б, ТВС-2ДТС с TPE-331-12 и ЛМС-901 «Байкал» с GE H80 – все они не получили распространения.
Почему?
Методологический принцип научно-практического творчества Уильяма Оккама гласит: «Не следует множить сущности без необходимости», или, говоря проще, не стоит искать сложное решение там, где есть простое. Антонов Олег Константинович , создавая Ан-2, вполне этому принципу следовал. требуя искать простые решения, дающие необходимый результат. Ан-2 создавался в соответствии с этим принципом. Морально устаревшим решение станет, когда появится альтернатива с такими же эффективностью и простотой. Поэтому не стоит говорить об устарелости Ан-2, это лишь желание приобрести новую игрушку взамен старой.
Чем полезен расчалочный биплан в 21 веке?
Ан-2 задумывался как воздушная «полуторка», дополняющая наземного собрата воздушными участками пути. Один двигатель упрощает конструкцию, а механизированное крыло большой площади делает ее безопасной. Ограничение размаха крыла снижает индуктивное сопротивление биплана по сравнению с монопланом при той же площади крыла.
Рис. 1 Между бипланными крыльями индуктивные потоки движутся навстречу друг другу и взаимосокращаются. Нижнее крыло получает виртуальную шайбу сверху, а верхнее крыло – снизу. Таким образом индуктивное сопротивление уменьшается тем сильнее, чем дальше крылья друг от друга по высоте. По этой причине винглета между бипланными крыльями бесполезна.
Бипланная компоновка дает аэродинамическое преимущество:верхнее крыло нагружено сильнее, поэтому срыв потока происходит раньше. Если переднее крыло чуть впереди заднего, самолет теряет лишь часть подъемной силы и получает момент по тангажу, стремящийся уменьшить угол атаки. Если плоскости далеко разнесены, как у «утки» и «тандема», срыв на передней плоскости приводит к резкому клевку вниз, что опасно. Моноплан в этом случае просто падает.
Расположение крыльев друг над другом с распоркой между ними позволяет использовать ферменную конструкцию с расчалками, эффективно работающими на растяжение. Расчалки добавляют сопротивление, но это компенсируется облегчением конструкции.
СибНИА пытался сделать крылья Ан-2 без расчалок, но они получились тяжелыми, пришлось перейти на пластик, что дороже и сложнее в эксплуатации.
Коммерческая нагрузка Ан-2 составляет 1,5 тонны, что соответствует грузоподъемности «полуторки» и размеру грузопассажирских микроавтобусов. Это позволяет организовать сквозную грузопассажирскую логистику по земле и воздуху без перегруза.
Низкая нагрузка на крыло и высокая энерговооруженность обеспечивают короткий разбег и крутую траекторию подъема, сокращая взлетную дистанцию. Расположенный спереди воздушный винт обдувает поверхности управления, сохраняя управляемость до малых скоростей.
Плавное выбирание штурвала на себя до отказа при полной мощности мотора переводит самолет в «режим парашютирования», сохраняя эффективность руля высоты, элеронов и руля поворота до скорости 45—50 км/ч.На этом режиме можно совершить посадку без выдерживания над землей, сократив посадочную дистанцию. Шасси с большим ходом, большими колесами и мягкой амортизацией обеспечивает большую проходимость по неровной поверхности.
Расположенный спереди двигатель позволяет отодвинуть крыло дальше от оперения, уменьшая его площадь. При вынужденной посадке двигатель гасит энергию удара, в отличие от многих микросамолетов с задним двигателем. Расположение винта впереди облегчает покидание с парашютом. Высокая приемистость поршневого мотора позволяет безопасно облетать препятствия.
Это дает преимущества: в 1991 году в России действовало 1450 аэропортов и аэродромов, обслуживаемых Ан-2. 1200 из них сейчас не действуют, но их можно возродить при рентабельности местных авиалиний. Аэродромы с грунтовым покрытием и длиной взлетной полосы 450—750 метров подходят для Ан-2. Превращение Ан-2 в моноплан, например, Т-101, ЛМС-901 или Cessna 208 Caravan, делает их недоступными.
Низкая посадочная скорость и особенности шасси позволяют безопасно использовать проселочные дороги и неподготовленные площадки. При отказе двигателя Ан-2 планирует на скорости 130 км/ч, снижаясь с вертикальной скоростью 3,5 м/с, а при посадке снижает скорость до 40–50 км/ч, обеспечивая высокую выживаемость при лобовых столкновениях.
Одномоторный самолет, способный сесть везде, безопаснее двухмоторного, требующего длинную и подготовленную посадочную полосу. Статистика летных происшествий подтверждает это: из 2500 двухдвигательных самолетов малой размерности в России, потеряно 395 машин и погибло около 2700 человек, а из 18000 выпущенных Ан-2в катастрофах погибло около 500 человек. Несмотря на более 600 аварий с Ан-2, люди выжили.
В 1990 году в российских авиационных правилах было введено ограничение в 9 пассажиров для одномоторных самолетов без учета посадочной скорости. Это требование не имеет логики и, с моей точки зрения, может быть результатом некомпетентности или вредительства, которые до сих пор не были оценены по достоинству. Это привело к снижению рентабельности пассажирских перевозок на Ан-2 и его аналогах, в то время как американская Cessna 208 Grand Caravan, имея 13 пассажиров, продолжает летать, благодаря разрешению FAA FAR Part 23.
Ан-2 имеет низкую удельную нагрузку на крыло и развитые поверхности управления, что обеспечивает высокую маневренность, но из-за дополнительного сопротивления снижает крейсерскую скорость, что хорошо для сельскохозяйственной обработки и тушения пожаров. Но как это влияет на длительность пассажирских полетов?
Сравним рейсы на дальность 900 км на Ан-2 (крейсерская скорость 210 км/ч) и Cessna 208 Grand Caravan (крейсерская скорость 341 км/ч). Разница во времени составляет 1,6 часа. Но Ан-2 имеет больший внутренний объем, что позволяет встать в полный рост и сходить в туалет. Салон Cessna 208 Grand Caravan менее комфортен и не имеет туалета. Вам понравится сидеть почти 3 часа без возможности встать? Как в “трубе”!
Рис. 2 «Суперсалон» Cessna 208 Grand Caravan. Что вы можете в нем разместить, помимо мягких мест?
Двигатель, ох уж этот двигатель
Звездообразный поршневой мотор воздушного охлаждения имеет большой мидель, но он все равно меньше миделя фюзеляжа Ан-2. Зато не надо возить сложную и тяжелую систему жидкостного охлаждения.
Поршневой двигатель быстро теряет мощность с высотой. Но нужна ли большая высота полета самолету местных авиалиний, пожарному, сельскохозяйственному? К тому же одноступенчатый нагнетатель АШ-62ИР позволяет Ан-2 достигать высоты в 4,5 км, разве надо больше, с негерметичным салоном?
Двигатель АШ-62ИР уже не производят. Но позвольте, в Китае их и сейчас вполне себе производят, как и сами самолеты. Никто не мешает приобрести оснастку в Китае, и возобновить производство у себя. При этом можно использовать наработки глубоких модификаций двигателя серии К9, проведенные заводом PZL Kalisz, позволившие увеличить мощность двигателя до 1170 л.с. при частоте вращения ротора 2300 об/мин.
Поршневой двигатель Ан-2 АШ-62ИР раскручивается с малого газа до взлётного за 3 секунды. Одновальный турбовинтовой двигатель TPE-331-12, установленный на ТВС-2МС, имеет приемистость 5…7 сек (за дополнительные 3 секунды самолет сблизится с препятствием на 150 метров). У турбовинтовых двигателей с осевой двухступенчатой свободной турбиной без механической связи с валом ГТД, таких как ТВД-20 (установлены на Ан-3) и Pratt Whitney Canada PT6 (установлены на Cessna 208 Caravan), приемистость еще хуже. Низкая приемистость турбовинтового двигателя делает резкие маневры на малой высоте опасными.
Установка на Ан-2 более легкого при той же мощности турбовинтового двигателя вынуждает для сохранения центровки выносить его далеко вперед. Но это приводит к тому, что из-за дестабилизирующего действия длинного носа на скоростях 130-150 км/ч машина получает недостаточную путевую устойчивость и управляемость.
К недостаткам АШ-62ИР можно отнести сравнительно высокую шумность и большой для сегодняшнего времени расход горючего. Ан-2 с поршневым двигателем мощностью 1000 л.с. потребляет авиационный бензин Б-91 в количестве 1,11 кг/км (польская модификация двигателя АШ-62ИР (ASz-62) с электронным впрыском позволила снизить потребление топлива до 0,78 кг/км), ЛМС-901 «Байкал» с двигателем GE H80 мощностью 800 л.с. расходует 0,43 кг/км авиационного керосина, правда отчасти благодаря меньшему сопротивлению планера. Но большой расход бензина поршневым мотором это пол беды – производство этилированного бензина марок Б-91/115 и Б-95/130 прекращено по требованию федерального закона №34-ФЗ. В двигатели льют импортный LL-100 или автомобильный бензин АИ-95 Уфимского, Новокуйбышевского, Пермского или Рязанского НПЗ, имея при этом ограничение по высотности и ресурсу (из-за повышенной коррозии камер сгорания, днищ поршней и выпускных клапанов), поскольку высокое содержание ароматических углеводородов в автомобильном бензине создает повышенную температуру в камерах сгорания и выхлопной системе.
Тогда будет лоббироваться использование только очень больших, дорогих и надежных самолетов, летающих по ограниченному числу маршрутов. Еще хуже, если расчет ведется просто в количестве катастроф. Тогда чем меньше полетов, тем лучше, а то как бы чего не вышло). Любое добавленное звено, будь оно саморегулирующееся, или регулируемое сверху – потенциальный носитель собственных интересов и потребитель дополнительных ресурсов. Соответственно, исполнитель распоряжений правительства должен быть один, простимулированный на эффективную работу, а также с необходимыми и достаточными полномочиями, независимый от Минтранса (в его нынешней ипостаси). Каким он может быть?
Представим, что благополучие создаваемого ведомства напрямую зависит от доходов на страхование полетов. Причем расчет страховой премии ведется за каждый полет с учетом его дальности. Чем больше километража проведенных полетов и меньше страховых выплат, тем выше доход. В такой схеме ведомство будет заинтересовано и в том, чтобы полетов было больше, и в том, чтобы они были безопасны. Так почему это не использовать, ведь все равно без страховки, в том числе за возможный ущерб третьим лицам, не обойтись?
В связи с вышеизложенным, предлагаю тем, кому придется решать проблему:
1.Инициировать производство неэтилированного авиационного бензина с нужными характеристиками для поршневой авиации, организовать его централизованную закупку и распределение таким образом, чтобы цена авиационного бензина для конечных потребителей была сравнима с ценой бензина автомобильного. Если это невозможно для неэтилированного бензина, отменить запрет №34-ФЗ в части авиационного бензина.
2.Отменить Авиационные правила АП-23 в части ограничений на пассажировместимость одномоторных самолетов.
3.Обеспечить поддержание летной годности, восстановление имеющегося парка Ан-2, и при необходимости возобновление его производства за счет оснастки, приобретенной в Китае, таким образом снизив стоимость эксплуатации этого самолета.
4.Провести модернизацию необходимого количества самолетов путем оснащения их системами активной стабилизации для противодействия болтанке, а также автопилотами, доведя самолеты до уровня опционально пилотируемых, не требующих участия второго пилота. Отменить ограничение на производство коммерческих полетов с участием единственного пилота на борту. Проработать опцию возможности временного переключения пилотирования на удаленного пилота.
5.Основываясь на китайском опыте эксплуатации беспилотных воздушных судов (далее БВС) HY100 и FP-98 на базе Ан-2, модернизировать часть парка Ан-2 для беспилотной грузовой эксплуатации. Организовать регулярные грузовые маршруты БВС в удаленные населенные пункты.
6.Исключить требование к наличию сертификата типа, а также сертификата летной годности для воздушных судов малой авиации и БВС, в том числе для их коммерческого использования. Допускать к полетам на основе наличия акта соответствия воздушного судна Общим техническим требованиям к ЕЭВС (БВС) и страховки. Возражения со ссылками на рекомендации ICAO для полетов внутри России не имеют силы – внутренние документы нашей страны имеют юридический приоритет, не ICAO здесь хозяин.
7.Свести в единую систему регистрации воздушных судов, упростив ее, действующие сейчас одновременно:
a.систему государственной регистрации прав на воздушные суда,
b.несколько систем государственной регистрации воздушных судов (государственных, гражданских, сверхлегких пилотируемых гражданских воздушных судов общего назначения),
c.системы государственного учета воздушных судов (экспериментальных воздушных судов и беспилотных гражданских воздушных судов с массой до 30 кг).
Что на будущее?
Сейчас, как я попытался обосновать, эффективней всего создать условия для возрождения прибыльной эксплуатации Ан-2 в существующем виде. Но куда двигаться дальше?
Возможно, в будущей машине аналогичного назначения поршневой мотор потребует замены, но не такой, какую много раз пытались сделать. Совместить характеристики экономичности, высотности и удельного веса турбовинтовой силовой установки с приемистостью поршневого мотора может гибридная силовая установка (ГСУ), в которой турбореактивный двигатель скомпонован с электрогенератором и стартерной/буферной батареей, подающей питание на электромоторы в крыле (или электромотор с раздаточными валами на крыльевые винты), обдувающие разнесенное оперение.
Это позволит быстро и значительно увеличивать располагаемую мощность на взлетных и критических режимах. Электродвигатели не требуют винтов постоянной частоты вращения, что упрощает их конструкцию.
Для соответствия предстоящим задачам может оказаться удобной тележечная схема шасси типа Me 323 и рамповая погрузка. И конечно, это должен быть биплан :).
Несколько слов хочется сказать о безопасности
При эксплуатации маленьких самолетов особого внимания требует соблюдение центровки в допустимом диапазоне. В этой связи было бы полезно, чтобы по разнице показаний давления жидкости в амортизаторах передних и задних стоек шасси самолет мог сам рассчитать центровку и возможно отказаться взлетать при ее нарушении. Неприятности может принести даже место расположения туалета – в маленьком самолетике вставшие со своих мест и столпившиеся у туалета в хвосте несколько пассажиров могут спровоцировать свал.
Важный компонент безопасности – доведенные до автоматизма действия экипажа при проведении полета. Можно многое списать на экипаж – мертвые сраму не имут, но есть машины, пытающиеся всячески образумить «прокладку» между штурвалом и креслом, и не дать ей загубить всех, а есть провоцирующие на опасные ошибки. Плохо, если требуемые от пилота действия отличаются от типа к типу – после переучивания на новый самолет старые навыки в критической ситуации могут «всплыть» очень невовремя. Еще хуже, если требуемые действия разнятся от модификации к модификации. К примеру, на Ан-2 установлен воздушный винт правого вращения (движется по часовой стрелке при взгляде из кабины), соответственно вынесенный вверх киль получает от косой обдувки струей винта момент рысканья влево, и чтобы снять усилие с педалей, триммер руля направления отклоняют задней кромкой влево. На самолете ТВС-2МС, являющимся модификацией Ан-2, установлен винт левого вращения, и компенсировать момент рысканья необходимо отклонением триммера руля направления в другую сторону.
Катастрофа самолета ТВС-2МС RA-01460 в Нарьян-Маре была спровоцирована помимо запредельно задней центровки тем, что пилот отклонил триммер в привычную сторону, которая на модифицированной машине оказалась неправильной.
Надеюсь, во вновь проектируемой машине прошлые ошибки будут учтены…
Источник: Юрий Витальевич Швед, старший преподаватель МАИ каф. 101.
One thought on “Ан-2 между прошлым и будущим малой авиации России”
Comments are closed.
Мнение: Верно всё изложено, но об этом неоднократно говорил чиновникам авиапрома (Минпромторговли) директор СибНИА имени С.А Чаплыгина В.Е. Барсук, но его никто не хотел слушать, называется “приплыли”