Как известно, самолеты авиации общего назначения (АОН) или простым народным языком «малая » авиация, являются наиболее распространенным классом летательных аппаратов во всем мире. Только в США на самолетах данной категории осуществляется более 50% всех грузопассажирских перевозок. Мировой парк самолетов АОН составляет десятки тысяч без учета стран СНГ и Китая.
Предисловие
В связи с проводившимися экономическими реформами в 90-х России, в условиях активного формирования рынка транспортных услуг и расширения объема деловых поездок в рамках России и стран СНГ, требовалось создать парк отечественных самолетов АОН нового поколения, соответствующих международному уровню.
Ситуация усугублялась тем, что в то время в РФ действовало более 400 авиакомпаний, которые эксплуатировали около 8550 воздушных судов различных классов, в том числе более 3250 самолетов авиации общего назначения (малой авиации).
Парк воздушных судов составляли, в основном, устаревшие самолеты разработки 60-70-х годов и их износ составлял уже в то время около 70%. По существовавшим прогнозам к 2000 г. в результате отработки технического ресурса должна была быть списана большая часть парка воздушных судов, а самолеты АОН спишутся практически все.
Задача создания парка самолетов АОН силами государственных предприятий (конструкторских бюро) с привлечением только бюджетных средств в тех экономических условиях была практически неразрешима.
Реализация данной программы была возможна с привлечением
средств отечественных и иностранных инвесторов и партнеров с частичным использованием средств бюджета, отпущенных на конверсию промышленности.
Если в 1980-х, когда даже козу можно было перевезти в знаменитом «кукурузнике» АН-2, пассажирские авиаперевозки на местных авиалиниях достигали трети общего объема пассажирских авиаперевозок в стране, то нынче их доля уменьшилась, по оценкам, до 1-2%. В 1999 году число пассажиров на местных линиях оказалось рекордно малым и составило, по данным Роскомстата, 1,32 млн. человек. В последние годы Росстат сведения о местных авиаперевозках не публикует.
Нужно пояснить, что официально под местными понимали авиаперевозки внутри территории субъекта Федерации. А они на протяженных трассах, к примеру, между Красноярском и Норильском, обслуживаются магистральными авиалайнерами. Поэтому малой авиацией в 1999 году было перевезено меньше миллиона пассажиров. Но так как почти все обычно летают «туда» и «обратно», то малой авиацией в 1999 г. воспользовалось всего порядка 500 тысяч человек. Хотя в малых городах, поселках и деревнях, нередко весьма удаленных от дорог, проживает примерно половина населения России, то есть около 70 млн. человек.
Таким образом, многие из них оказались на изолированных от остальной части суши островах. К слову, в США с их развитой наземной транспортной сетью на малую авиацию, большая часть которой обслуживает местные линии, приходится 75% пассажирских авиаперевозок. Причем все магистральные аэропорты связаны с «глубинкой» — одноэтажной Америкой местными авиатрассами.
Следует заметить: катастрофический развал в России наряду с дальними и местных авиаперевозок порожден не только обнищанием людей, но и исчезновением самих малых самолетов.
Речь идет, в первую очередь, о ставших воистину народными самолетах АН-2, которые начали эксплуатировать еще в 1946 году. К 1990 году было выпущено около 22 тысяч таких машин, сейчас осталось их в России порядка 500, а летает «ветеранов» намного меньше, так как двигатели к ним и запчасти серийно уже не изготавливаются, а к 2027 году исчезнут вообще.
АН-2 морально и технически устарел еще лет 40 тому назад. К тому же на нем установлен поршневой двигатель, работающий на высокооктановом авиабензине, который дороже авиационного керосина. Однако новая машина, сочетающая грузоподъемность АН-2 с возможностью использования для взлета и посадки короткой грунтовой полосы с единственным навигационным прибором — «колбасой«, указывающей направление ветра, а также неприхотливая в обслуживании, но с более совершенными летно-техническими характеристиками, не создана по сей день.
Из прошлого в настоящее на опыте КБ «Ильюшина»
Между тем в Авиакомплексе им. С. В. Ильюшина под руководством тогдашнего генерального конструктора Генриха Новожилова давным-давно разработали эскизный проект легкого многоцелевого самолета Ил-100, который мог бы стать скоростным комфортабельным воздушным микроавтобусом и с лихвой заменить отработавший свой век АН-2. Ведь при одной и той же загрузке Ил-100 смог бы полететь намного дальше и быстрее своего заслуженного предшественника, причем на керосине. У новой машины имелся бы еще ряд преимуществ, включая насыщенность необходимой радиоэлектронной аппаратурой и полное соответствие всем требованиям летной сертификации. Однако денег на изготовление заводского образца, проведение его испытаний и запуск серийного производства не оказалось, так как не было заказчика.
Переродившийся «троянский конь»
Мало кто знает, что первые промышленные образцы знаменитого авиалайнера Ил-18, также разработанного под руководством Генриха Новожилова, появились в 1957 году спустя всего… 1,5 года после начала его эскизного проектирования. Это оказалось возможным не только благодаря соответствующему финансированию. Дело было еще и в том, что в КБ Ильюшина накопили громадный опыт разработки новых машин путем масштабного пересчета существующих моделей, что существенно сокращает время и затраты на проектирование.
Прообразами Ил-18 стали пассажирский Ил-14 и бомбардировщик Ил-28. А техническую документацию народного двухмоторного Ил-100 предполагали разработать путем масштабного преобразования модели межгубернского ближнемагистрального Ил-114. На первых образцах новой машины намеревались установить западные турбовинтовые двигатели с взлетной мощностью по 450 л. с. Подобных «движков» у нас пока нет, но по заказу ильюшинцев два отечественных ОКБ авиационного моторостроения — им. Климова и им. Кузнецова — взялись за разработку приблизительно аналогичных по характеристикам малоразмерных двигателей соответственно на 500 и 800 л. с., однако по стоимости примерно вдвое дешевле зарубежных. Так что впоследствии Ил-100 можно было бы выпускать по заказу с нашими, которые подешевле, и импортными — подороже двигателями.
Помимо базовой пассажирской модели на 12 мест конструкторы разработали модификацию Ил-100 с удлиненным фюзеляжем на 18 пассажиров, а также специализированные модификации с лыжным и поплавковым шасси, для патрулирования местности, проведения сельскохозяйственных работ, аэрофотосъемки, а также для десантирования 14 человек с грузом.
Надо сказать, что при создании нового народного самолета на ильюшинской фирме пошли по проторенному там пути взаимовыгодного разделения коммерческого риска с зарубежными моторостроительными компаниями. Несколько лет тому назад американская фирма «Пратт Уитни» передала бесплатно свои двигатели для проведения промышленных испытаний дальнего магистрального грузовика Ил-96Т. Сейчас он выпускается серийно, и в 1999 году на него Федеральная авиационная администрация США выдала летный сертификат, первый для российских самолетов.
Выгода оказалась обоюдной: каждый получил доступ на рынок сбыта своего партнера. Ведь правительства многих стран стараются не пускать чужаков в гости со своим самоваром. Так что международная кооперация с разделением коммерческого риска оказывается для каждой стороны сродни переродившемуся «троянскому коню» коллективного пользования: и продавать самолеты можно по обе стороны океана — партнеры заинтересованы, и возить пассажиров с грузами на паритетных началах, никуда не денешься.
А с начала 2000-х «Пратт Уитни» помогает доводить до кондиции подобный своему двигатель ПС-90А «Пермских моторов», для чего приобрела часть акций этого завода. Сейчас эти отечественные «движки» устанавливают на пассажирских Ил-96-300.
По сценарию десантирования международного «троянского коня» проходило и внедрение в производство четырехместного аэротакси Ил-103, оснащенного американским двигателем. Этот легкий самолет, помимо российского, также имеет летный сертификат США. Изготавливал его подмосковный Луховицкий машиностроительный завод. Там же брались разработать техническую документацию на Ил-100, собрать и провести его испытания, и даже начали готовить под новую машину сборочный цех, предназначавшийся для МиГов.
Для реализации проекта, включая изготовление нескольких опытных образцов нового самолета — для летных, статических и ресурсных испытаний, требовалось около 10 млн. долларов. Всю эту работу, включая получение летного сертификата, по мнению специалистов ильюшинского авиакомплекса зам. главного конструктора Юрия Егорова и начальника отделения эксплуатационно-технической документации Александра Шахновича, высказанному еще в середине 2000 года, можно было провести за 2-3 года.
Таким образом, спустя примерно три года после начала финансирования новый народный самолет мог бы выйти на трассы местных линий. Согласно бизнес-плану, эксплуатация группы из 20 таких машин за два года позволит окупить все вложения в проект. Стоимость полета на Ил-100 будет лишь вдвое превышать стоимость поездки на такое же расстояние поездом. Цена самолета с импортными «движками» не превысит 1 млн., а с отечественными — 800 тысяч долларов (цены 2000 года).
По оценкам, для срочной замены отлетавших свой век остатков АН-2 и восстановления авиаперевозок на местных линиях потребуется примерно 2 тысячи новых машин, но Луховицкий завод сможет выпускать ежегодно не более 100-120. Между тем подавляющая часть мощностей российской авиапромышленности заморожена, и деградация отрасли может стать необратимой хотя бы потому, что исчезают работавшие в ней специалисты высочайшей квалификации.
Однако восстановление ее «гражданской» части немыслимо без реанимации рентабельных грузопассажирских перевозок, так как самолеты покупают для осуществления авиаперевозок и на вырученные от этого деньги. Поэтому необходимо восстанавливать целиком кооперационную систему «авиапромышленность — авиаперевозки», причем в комплексе и в виде такой структуры, в которой определенная часть выручки за конечную продукцию — перевозки автоматически будет поступать на воспроизводство материально-технической базы всей системы. С целью обеспечения ее устойчивости и развития. Как это можно сделать в большой авиации подробно говорится в публикации «Как восстановить крылья «Аэрофлота» («Промышленные ведомости» № 1, декабрь 1999 г.).
Естественно, окружным авиакомпаниям потребуются и более вместительные, чем Ил-100, самолеты. Один из них — Ил-114 , хватило политической воли власти имущих возобновить производство в модификации Ил-114-300 на 68 пассажиров. Другой, поменьше, С-80, разработанный в ОКБ им. Сухого, рассчитанный на 26 пассажиров, из-за отсутствия средств никак пока не взлетит с завода-изготовителя. Есть еще несколько подобных проектов. Их отбором и финансированием запуска производства, очевидно, и должны будут заниматься будущие межгубернские «аэрофлоты», исходя из условий обслуживаемых ими территорий.
Что же касается местных авиаперевозок, то структура «кооперативов» малой авиации может быть существенно проще. К тому же денег на их создание потребуется относительно немного, поэтому и заполучить деньги будет несложно. Потребуется лишь политическая воля власть имущих, укрепление которой вроде бы начато.
Источник подробнее: Каждому генерал-губернатору — по аэрофлоту
Целью конверсионной программы, реализуемой на ЭМЗ являлось:
• создание в максимально короткие сроки самолетов авиации общего назначения для России, стран СНГ и дешевых конкурентоспособных самолетов для зарубежного авиационного рынка;
• сохранение рабочих мест для специалистов авиационной промышленности;
• защита интересов авиационного рынка России.
С начала 90-х конструкторским бюро проводились концептуальные проработки легких самолетов АОН различных типов и схем. Целью проектных работ было определение оптимальных размеров и формирование концепций будущих проектов самолетов. Конверсионная программа, проводимая на ЭМЗ, носила комплексный характер и предусматривала поэтапный принцип создания самолетов АОН в соответствии с типоразмерным рядом в порядке возрастания взлетной массы и сложности самолета.
Такой подход был обоснован необходимостью получения определенного опыта разработки самолетов данного класса, имеющего свою специфику. Реализуемый типоразмерный ряд, в частности, предусматривал следующую шкалу типоразмеров:
- 1 типоразмер: взлетная масса до 3,0 т; число пассажиров до 9 (проект М-101Т «Гжель»).
- 2 типоразмер: взлетная масса до 6,0 т, число пассажиров до 19 (проект М-102 «Дуэт»).
- 3 типоразмер: взлетная масса до 10 т; число пассажиров до 30 (проекты М-111 ММ-1, проект М-72 «Ямал»).
- 4 типоразмер: взлетная масса до 20 т (проект М-150) и др.
Реализация конверсионной программы проводимой на ЭМЗ им. В. М. Мясищева предусматривала широкую кооперацию, как с заводами-изготовителями, так и с поставщиками готовых изделий. У ЭМЗ им. В. М. Мясищева сложились деловые партнерские взаимоотношения с крупнейшими авиационными производственными объединениями — это Смоленский авиационный завод и НПО «Сокол» в Нижнем Новгороде.
История разработки проекта самолета М-102 из всех проектов гражданских самолетов авиации общего назначения, разрабатывавшихся на ЭМЗ им. В. М. Мясищева, пожалуй, одна из самых многообещающих и в то же время самых продолжительных и однозначно невезучих.
Работы над проектом «102» были начаты в конце 80-х годов. Как раз в этот период на ЭМЗ им. В. М. Мясищева были развернуты проектно-исследовательские работы над проектами гражданских самолетов авиации общего назначения (АОН) в рамках общей программы «Конверсия».
Конечно, не все проекты получили свое дальнейшее развитие, нелегкая судьба ждала и проект «102». По началу проект «102» формировался как легкий административный самолет и был рассчитан на перевозку четырех VIP-пассажиров.
Как таковой класс небольших деловых самолетов у нас в стране отсутствовал, поэтому это объясняет такой повышенный интерес отечественных разработчиков к самолетам подобного класса.
Компоновка пассажирского салона проекта «102» была выполнена по типу «купе» и обеспечивала достаточный комфорт четырем пассажирам в классе «люкс», однако заложенные габаритные размеры салона позволяли при перекомпоновке разместить до 9 пассажиров в экономическом классе.
Кстати сказать, проведенный ранее технико-экономический анализ специалистами ЭМЗ им. В. М. Мясищева совместно с НИИ экономики и ГосНИИГА по экономической целесообразности проекта двухдвигательного девятиместного самолета «Дельфин», также показал необходимость увеличения его пассажировместимости до 19 человек.
Именно эта «ниша» среди скоростных самолетов АОН была вакантна и экономически целесообразна. Учитывая интересы индийской стороны, размерность самолета по совместному проекту была определена в 14 мест. Индийская сторона объясняла это решение принятым вариантом силовой установки Р&W (РТ6А-66) и ее ограниченной мощностью.
После подписания меморандума (протокола о намерениях) между ЭМЗ им. В. М. Мясищева (со стороны России) и NAL (со стороны Индии) начались активные работы каждой из участвующих сторон в координации своих работ над совместным проектом.
Именно в этот момент на ЭМЗ им. В. М. Мясищева открылась официальная тема работ по данному проекту с шифром «102», главным конструктором которой назначается А. А. Брук, ведущим конструктором по теме Е. А. Крутиков, руководителем проектных работ, зам. Главного конструктора — В. И. Погодин.
Учитывая характер совместных работ с индийскими партнерами тема «102» приобретает статус международной программы научно-технического сотрудничества.
Проекту, разрабатываемому по теме «102», присваивается индекс М-102, а с учетом того, что работы над проектом проводились совместно двумя странами-участницами, то с российской стороны проект получил собственное название «Дуэт».
Несмотря на общую схожесть проектов, при совместной разработке имелись и некоторые отличия, касающиеся в основном применяемого оборудования и силовой установки
Организация работ по совместной разработке единого проекта предусматривала разделение работ, в частности ЭМЗ им. В. М. Мясищева разрабатывал фюзеляж, шасси, самолетные системы и оборудование (российское), БРЭО (российское), устанавливал силовую установку (российскую). NAL отвечала за разработку крыла, оперения, БРЭО (импортное), силовую установку (P&W РТ6А-66).
Производство предусматривалось как на одном из авиационных российских заводов (Смоленском или Нижегородском «Сокол») так и на индийском в Бангалоре. Согласно достигнутых договоренностей вопрос финансирования работ по теме «102» каждой стороной решался самостоятельно, при 50% долевом участии в совместном проекте и понесении затрат.
Проведенные рабочие встречи и совместные обсуждения представителей ЭМЗ им. В. М. Мясищева и NAL позволили выявить взаимный интерес к разработке подобного самолета и перейти к разработке совместного проекта самолета для местных воздушных линий. Базой совместного проекта, получившего обозначение «Дуэт-Saras», послужили наработки, сделанные обеими сторонами.
Основой для выполнения совместных работ по созданию легкого транспортного самолета послужили целый ряд организационных документов >> Источник подробнее: М-102 Дуэт
В соответствии с маркетинговыми исследованиями, проведенными обеими сторонами, потребности национальных авиарынков в самолете данного класса составляют: для России — 250-300; для Индии — 200 экземпляров.
Распределение работ
В соответствии с программой работ по самолету М-102, ЭМЗ им. В. М. Мясищева, кроме разработки проектно-конструкторской документации на самолет, отвечал за выполнение всех экспериментальных работ на стендах, а также наземных и летных испытаний самолета.
Подготовка производства, изготовление опытных образцов и запуск в серийное производство самолета М-102 планировалась организовать на Смоленском авиационном заводе.
Омское моторостроительное конструкторское бюро (г. Омск) выполняло разработку, изготовление и поставку силовой установки на опытные и серийные образцы самолета М-102. Разработку, изготовление и поставку воздушных винтов обеспечивало научно-производственное предприятие «Аэросила» (г. Ступино).
Организация работ
Индийская сторона, приступая к работам над совместными российско-индийским проектом самолета «Дуэт-Sаras«, своей целью ставила, во-первых, иметь у себя такой самолет для эксплуатации на внутренних авиалиниях, во-вторых, научиться разрабатывать и делать самостоятельно такие самолеты, участвуя в этом процессе и вкладывая ровно половину всех необходимых на это средств. Совместная разработка предполагала экономию немалых средств и это было обоюдовыгодно всем.
Российская сторона, участвуя в этом проекте, решала двойную задачу, во-первых, имея научно-технический и производственный потенциал могла выполнить заказ зарубежного заказчика, финансирующего разработку, т. е. изготовить и поставить самолет МВЛ для Индии, а во-вторых, получив достаточное бюджетное финансирование, развернуть производство этого самолета для российского рынка…
График работ по проекту (Узловые точки программы разработки и создания самолета):
- Начало НИОКР март 1992 г.
- Аванпроект сентябрь 1992 г.
- Эскизный проект июнь 1993 г.
- Изготовление демонстрационного макета август 1993 г.
- Рабочий проект март 1994 г.
- Подготовка производства сентябрь 1994 г.
- Изготовление опытных образцов:
- Технологический макет июль 1994 г.
- Статический образец июль 1994 г.
- Первый летный экз. ноябрь 1994 г.
- Второй летный экз. июнь 1995 г.
- Первый вылет декабрь 1994 г.
- Летные испытания март 1996 г.
- Получение сертификата типа июль 1996 г.
Программа выпуска самолета М-102 «Дуэт» на СмАЗ (г. Смоленск): 1996 г. (10), 1997 г. (10), 1998 г. (40), 1999 г. (100), 2000 г. (150), 2001 г. (150), 2002 г. (150), с 2003 г. — (750) шт.
Общее проектирование. Формирование облика
Выбор схемы и параметров самолетов общего назначения не всегда диктуется только соображениями получения наилучших летно-технических характеристик.
При формировании облика будущего самолета большую роль играет необходимость обеспечения определенного уровня комфорта, безопасности полета при управлении самолетом малоквалифицированными летчиками, условия базирования, эксплуатационная технологичность и даже внешний вид самолета.
При этом к числу основных требований, предъявляемых к самолетам общего назначения, относятся повышенная безопасность при простоте пилотирования, малая чувствительность к ошибкам пилота при заходе на посадку и во время самой посадки.
Снижение аварийности достигается, в первую очередь, уменьшением скорости захода на посадку, а также принятием специальных мер, обеспечивающих самолету хорошие противосрывные и противоштопорные характеристики.
Однако, желательная с этой точки зрения механизация передней кромки крыла (предкрылки) из-за весовых и конструктивных соображений на самолете М-102 не применялась.
По показателям безопасности самолеты авиации общего назначения (АОН) занимают непочетное первое место. И дело здесь не только в большой распространенности в мире малой авиации, но и в уровне летной подготовки пилотов и ошибках пилотирования.
Анализ аварийности показывает, что вероятность летного происшествия наибольшая на посадочных режимах и прямо пропорциональна кубу скорости захода на посадку. Поэтому обосновано желание разработчиков получить наименьшую возможную посадочную скорость самолета.
Как ни странно, но это факт — большая аварийность двухдвигательных самолетов, по сравнению с однодвигательными, показывает, какое важное значение может иметь асимметрия тяги даже для профессиональных пилотов.
Отказ одного из двух двигателей и, как следствие, возникновения ассиметричной тяги при неправильных действиях малоопытного пилота, может привести к потере скорости и сваливанию самолета в штопор, поэтому вопросу обеспечения самолета АОН хорошими противосрывными и противоштопорными характеристиками должно уделяться максимальное внимание еще на стадии проектирования.
При установке турбовинтовых двигателей на крыле также появляются проблемы, что приводит к неблагоприятной интерференции струи от винта с крылом, фюзеляжем и оперением. Это, как известно, проявляется в ухудшении продольных, поперечных и путевых характеристик самолета.
Проблемы эти конечно решаемые, неслучайно существует большое многообразие самолетов различных схем, но все-таки с этой точки зрения схема размещения силовой установки в хвостовой части фюзеляжа, принятая на самолете М-102, в сочетании с толкающими винтами является наиболее предпочтительной схемой.
Проведенные в ОКБ исследования показали, что при заднем расположении двигателей с толкающими винтами, за счет использования винтов с противоположным вращением, можно получить увеличение КПД винта на 2-3%. А использование выдува струи отработанных газов через коки винтов, по расчетным оценкам, должно было обеспечить уменьшение потерь тяги на 8%.
Аэродинамическая компоновка самолета М-102 обеспечивает максимальный коэффициент подъемной силы Cy max ~ 2,0 при значениях числа М=0,1-0,2. Механизация крыла позволяет получить значения коэффициентов подъемной силы при взлете Cy max ~ 2,3 и при посадке Cy max ~ 2,6.
По конструктивным соображениям, а также для получения требуемых объемов под топливо, относительная толщина профиля крыла должна быть не менее 15% , с учетом этого требования она была выбрана именно таковой.
На самолете М-102 был применен неподвижный стабилизатор, хотя этот выбор был далеко не однозначным и простым. Индийские коллеги настаивали на применении переставного стабилизатора и на первый взгляд преимущества его были очевидными — это меньшее аэродинамическое сопротивление в крейсерском полете и больший реализуемый диапазон эксплуатационных центровок.
Однако проведенные нашими специалистами исследования по оптимизации площади оперения показали, что этого можно добиться путем некоторого увеличения площади горизонтального оперения и выбором его рационального угла заклинения, «настроенного» на режим крейсерского полета.
Несмотря на некоторое увеличение площади неподвижного горизонтального оперения, конструкция его оказывалась гораздо проще и надежнее. Как ни странно, меньшим оказывался и вес всей конструкции оперения по совокупности всех факторов, включая механизм перестановки и прочее.
Таких различий при совместных работах было достаточно много, они были зачастую незначительными, но они были во всем и это, естественно, очень мешало совместной работе.
Казалось бы небольшое отличие в несколько сантиметров (даже миллиметров) в обводах математической модели, а на самом деле это — практически разные математические модели поверхности обводов самолета, это заново переделанная работа.
Так, например, особенно сильными были различия в обводах хвостовой части фюзеляжа. Использование различного оборудования, в соответствии с этим разная его компоновка — все это приводило и к различным обводам фюзеляжа.
Для согласования принимаемых технических решений, руководства работами и их координации по совместному проекту был организован единый координационный совет и это дало свои положительные результаты.
Горизонтальные пилоны, на которых крепились двигатели, имели специальную профилировку и учитывались в общей системе несущих поверхностей самолета, создающих вертикальную аэродинамическую силу.
Пилоны имели положительный угол установки по отношению к продольной оси самолета, это давало некоторое увеличение аэродинамического качества самолета на крейсерском режиме полета.
Для проверки аэродинамических характеристик разрабатываемого самолета М-102, полученных на основе расчетных исследований, была изготовлена продувочная модель самолета в масштабе 1:9 и в аэродинамической трубе АДТ-106 ЦАГИ были проведены экспериментальные исследования в широком диапазоне чисел М и Re. Изготовление продувочной модели М-102 выполнялось в модельно-макетном производстве на ЭМЗ им. В. М. Мясищева под руководством начальника ММП В. В. Тормышева.
В планах экспериментальных работ предусматривалось изготовление продувочной модели с имитаторами силовой установки для экспериментальной оценки поля скоростей в зоне расположения винта. Предполагалось также проведение испытаний натурного макета самолета М-102 в самой большой дозвуковой аэродинамической трубе ЦАГИ Т-101.
Формирование концепции
Изначальные условия, на которые рассчитывался самолет по совместному проекту, были достаточно жесткими: это требования по условиям эксплуатации и базирования.
Высокогорные аэродромы с высотой ВПП над уровнем моря Н=2400 м с длиной полосы L=600 м в условиях жаркого климата МСА + 30oC. Исходя из этих требований в основу концепции самолета были положены следующие принципы:
- достаточно высокая энерговооруженность (N=0,40 и более);
- высокие взлетно-посадочные и крейсерские характеристики;
- высокие крейсерская скорость и высота полета (V=550-600 км/ч, Н=9 км);
- возможность эксплуатации с грунтовых ВПП с прочностью грунта (6,0 кгс/см2 );
- высокая технологичность, простота конструкции;
- невысокая цена;
- высокий уровень комфорта;
- соответствие нормам АП-23 (Россия), FAR-23, -33 (США).
По мнению проектантов, реализация на самолете всех принципов, заложенных в его концепцию, могла быть достигнута следующими техническими решениями:
- использованием для самолета данной размерности достаточно мощного турбовинтового двигателя ТВД-20М (N=1375 л. с.);
- аэродинамически чистым крылом, набранным из суперкритических профилей с высокоэффективной однощелевой механизацией (Су max=2,8; К max=15,0);
- применением рычажных стоек шасси с пневматиками низкого давления;
- гондольной схемой размещения двигателей, расположенных по бортам в хвостовой части фюзеляжа, что обеспечивает низкий уровень шума в пассажирском салоне и хороший подход ко всем агрегатам силовой установки при ее обслуживании (высота над землей менее двух метров);
- применением толкающих многолопастных воздушных винтов, обеспечивающих низкий уровень шума;
- применением недорогих широкоиспользуемых конструкционных материалов и отработанных технологических процессов;
- использованием фюзеляжа с диаметром 1,95 м, обеспечивающим высоту прохода 1,7 м при расположении двух кресел в ряд;
- наличием встроенной двери-трапа;
- методологией проектирования с учетом требований международных авиационных норм на начальном этапе проектных работ.
Обоснование размерности и взлетно-посадочных характеристик
В качестве критерия оптимизации в процессе поиска рациональных параметров самолета был использован частный критерий: минимальное значение взлетной массы самолета, выполняющего крейсерский полет на дальность 600 км с максимальной коммерческой нагрузкой 14 пассажиров.
В частности оценивалось влияние геометрических параметров крыла (площади и удлинения) на характеристики самолета с двигателями ТВД-20М при полете с нагрузкой 1300 кг на дальность 600 км…
Обоснование размера фюзеляжа
При проектировании фюзеляжа главным критерием было обеспечение заданного уровня комфорта при размещении пассажиров. Как показывали исследования тех лет, наиболее важным фактором комфорта пассажирского салона являлся не только и не столько шаг кресел, сколько высота прохода салона и высота пространства над головой пассажира. И проектанты зачастую сознательно идут на некоторое увеличение миделя (поперечной площади сечения) самолета в угоду достижения приемлемого комфорта для пассажиров.
Так, например, размерность фюзеляжа самолета определялась требованием обеспечения заданного уровня комфорта, который обеспечивался:
- высоким значением удельного объема пассажирского салона, приходящегося на одного пассажира, равного 1,5-2,0 м3/чел.;
- высотой прохода, равной 1,7 м .
В проектной практике используется критерий, называемый фактором комфорта, который определяется как следующее выражение: Фк=В*Н2*L1/2, где:
- Фк — фактор комфорта, по статистике для существующих самолетов АОН, Фк=от 6 до 15);
- В — ширина салона, м;
- Н — высота салона, м;
- L — длина салона, м.
На самолете М-102 фактор комфорта равнялся 13,5, что по сравнению с самолетами подобного класса считался хорошим показателем.
Сравнительно большие размеры фюзеляжа придавали самолету М-102 несколько необычный вид, но это была плата за комфорт внутри салона.
Увеличение диаметра фюзеляжа при сохранении его длины уменьшало его удлинение, а компоновка сзади толкающих воздушных винтов вынуждала делать короткой хвостовую часть фюзеляжа, что уменьшало удлинение хвостовой части фюзеляжа и в свою очередь увеличивало его аэродинамическое сопротивление.
Кстати сказать, профилировке хвостовой части фюзеляжа уделялось особое значение, к работе по аэродинамическому проектированию привлекались ведущие специалисты ЦАГИ.
Как оказалось, при данной компоновке силовой установки, на аэродинамические характеристики самолета оказывает сильное влияние профилировка хвостовой части фюзеляжа. Влияние это оказывала косая обдувка хвостовой части толкающими винтами, скос потока за профилированными пилонами на которых крепились мотогондолы, а пилоны эти имели специальную профилировку.
Учитывалось также направление вращения воздушных винтов, предпочтение отдавалось варианту противоположного вращения винтов с набеганием верхней лопасти по направлению к фюзеляжу.
Однако, применение двигателей с противовращением являлось не меньшей проблемой и по сути являлось созданием и сертификацией не одного, а двух разных двигателей, а это значит дополнительные испытания и, соответственно, увеличение стоимости работ.
Эргономика кабины
При разработке проекта М-102 особое внимание проектантов уделялось вопросу проектирования кабины экипажа. Если посмотреть статистику летных происшествий, которые приводят к катастрофическим последствиям, то становится ясно, почему необходимо уделять особое внимание эргономике рабочего места экипажа — кабине, так как только менее 10% от числа всех происшествий, происходят из-за отказов авиационной техники, остальной процент лежит на совести экипажа. Причем ошибки экипажа могут иметь как субъективные, так и объективные причины…
…Разработанная и внедренная система эргономического проектирования позволяла получить развертку приборных панелей автоматически.
Опыт автоматизированной компоновки с обеспечением эргономических требований успешно использовался при проектировании в дальнейшем самолетов: М-101Т «Гжель», М-102 «Дуэт», М-500 и других, разрабатываемых на ЭМЗ им. В. М. Мясищева >> Далее:
Силовая установка
Среди технических вопросов, от решения которых во многом зависел успех реализации программы создания самолета, главным был, конечно же, наличие силовой установки.
Этот вопрос интересовал также индийских коллег — участников совместного проекта. Предлагая вариант силовой установки на базе канадского двигателя Пратт & Уитни РТ6А-66, они не возражали бы и против использования любого альтернативного варианта с аналогичными характеристиками, при этом определяющими критериями для выбора были критерии «стоимость-эффективность».
При выборе двигателя отечественной разработки в качестве определяющих факторов учитывалась располагаемая мощность и ее резервирование, предназначенное на развитие проекта; состояние разработки и сроки готовности; конструктивные особенности и приспособленность к схеме крепления в данной компоновке самолета.
Применяя тот или иной двигатель разработчики решали определенные задачи, в том числе: двигатель отечественной разработки, при меньшей стоимости по сравнению с канадским прототипом, гарантированно обеспечивал проектируемый самолет силовой установкой вне зависимости от политической конъюктуры в международных отношениях.
Проигрывая несколько в экономичности, отечественный двигатель и его разработчик были, как говорится, всегда «рядом», т. е. в России, и поэтому все вопросы, связанные с установкой двигателя на самолет и отработки его систем потенциально могли решаться гораздо оперативнее и дешевле, чем с иностранным партнером.
Индийская сторона, изначально делая ставку на канадский двигатель, после рабочего контакта с российскими специалистами, заняла сугубо прагматичную позицию, суть которой определялась только стоимостью. Если российский двигатель дешевле канадского и при этом не уступает ему по основным показателям, то индийский вариант самолета также может быть оснащен российским двигателем.
Желая подробнее познакомить индийских коллег с российским двигателем, во время одной из встреч с индийской делегацией, проходившей в сентябре 1994 года, заместитель Главного конструктора Омского моторостроительного завода В. И. Устюгов от лица головного разработчика сделал подробный доклад по силовой установке ТВД-20М и ее характеристикам.
В выступлении было отмечено, что по сравнению с существующими зарубежными аналогами, двигатель ТВД-20М имел некоторые преимущества, в том числе меньшие эксплуатационные расходы, меньшую общую стоимость двигателя, наличие встроенного пылезащитного устройства (ПЗУ).
| Основные параметры | ТВД-20-01 | ТВД-20М |
| Мощность, л.с.: | ||
| взлетный режим | 1380 | 1400 |
| Удельный расход топлива, г/л.с.час.: | ||
| взлетный режим | 506 | 492 |
| Габаритные размеры, мм: | ||
| длина | 1770 | 1900 |
| высота | 845 | 800 |
| ширина | 850 | 850 |
| Масса, кг | 285 | 240 |
Оборудование двигателя встроенной системой защиты от пыли, несмотря на то, что это приводило к потере мощности двигателя приблизительно на ~2%, позволяло существенно увеличить ресурс двигателя, что было особенно важно учитывать при его эксплуатации в условиях грунтовых аэродромов.
Помимо прочего, пылезащитное устройство уменьшало возможность разрушения двигателя от прямого попадания птиц, так как основной удар приходился бы не на лопатки компрессора, а на центральное тело ПЗУ, установленное в канале воздухозаборника >> Далее:
Разумный компромисс
Жесткие технические требования заставляли искать разумный компромисс при поиске оптимальных параметров самолета, а поиск этот был не простым.
Так, например, пониженное атмосферное давление в условиях высокогорья и жаркого климата требовали повышенной энерговооруженности самолета по сравнению с обычными самолетами данного класса.
Запас по мощности давала более мощная силовая установка, однако переразмеренная по мощности СУ имела лишний собственный вес, явно проигрывала по экономичности и не обеспечивала требуемой дальности полета самолета с максимальной нагрузкой. В качестве одного из возможных способов увеличения взлетной мощности газотурбинной силовой установки рассматривался также и впрыск воды в двигатель.
Однако взвешивая все «за» и «против» каждого параметра предпочтение было отдано все-таки мощному двигателю ТВД-20М.
Несколько переразмеренная силовая установка на базе двигателей ТВД-20М, несмотря на вышеперечисленные недостатки, давала в руки проектантов главный козырь — возможность дальнейшего развития проекта по взлетному весу и полезной нагрузке. Использовался так называемый прием проектирования «с резервом по мощности».
Не меньшую проблему вызывало оптимальное проектирование крыла. Как известно, особенностью полетов в высокогорной местности является повышенная турбулентность воздуха, это восходящие и нисходящие потоки атмосферного воздуха, создающие неоднородность плотности и давления воздуха.
На практике полет в условиях сильной турбулентности вызывает сильный дискомфорт у пассажиров и создает повышенный износ конструкции самолета за счет знакопеременных нагрузок.
Важным параметром геометрии крыла, чувствительным к порывам, является удельная нагрузка на крыло и что особенно важно — его удлинение. Поэтому вопросу оптимизации площади крыла и его удлинения для самолета М-102 уделялось особое значение. В результате проведенного анализа были сделаны следующие выводы:
- оптимальные значения удлинения крыла лежали в пределах 8-10, однако учитывая то, что большие значения имеют более неблагоприятную реакцию на вертикальные порывы ветра (турбулентность), что увеличивает дискомфорт и утомляемость при полетах в болтанку, или потребует установки специальной системы демпфирования колебаний, что вряд ли оправдано по стоимости для малых самолетов, то принято было значение удлинения 6;
- оптимальные значения площади крыла для режимов крейсерского скоростного полета лежали в пределах 15-17 м2, однако с учетом взлетно-посадочных требований площадь крыла должна была быть не менее 25,5 м2;
- оценка влияния геометрических параметров крыла и энерговооруженности на взлетные характеристики самолета показала, что при принятом значении площади крыла 25,7 м2, при изменении величины энерговооруженности c 0,33 до 0,43 взлетная дистанция уменьшается на 300 м и равна в соответствии с требованиями 600 м;
- учет влияния высоты расположения аэродрома базирования над уровнем моря на длину взлетной дистанции показал, что при фиксированной мощности силовой установки длина взлетной дистанции увеличивается приблизительно на 100 м на высотном аэродроме (высота ВПП 2 км) по сравнению с равнинным аэродромом.
Общий вид
Самолет М-102 выполнен по нормальной аэродинамической схеме с низкорасположенным трапециевидным крылом умеренного удлинения, фюзеляжем круглого сечения, Т-образным хвостовым оперением, силовой установкой, состоящей из двух ТВД с толкающими воздушными винтами и трехопорным шасси с носовой управляемой стойкой.
Крыло самолета имеет положительную V-образность (4о) и геометрическую крутку (-2о). Крыло оснащено механизацией, состоящей из выдвижных однощелевых закрылков, органами поперечного управления, состоящими из элеронов и интерцепторов, противообледенительной системой, установленной на передней кромке крыла. В крыле размещены топливные баки-отсеки и ниши главных опор шасси, закрываемые створками.
Фюзеляж самолета конструктивно выполнен по схеме полумонокок, круглого сечения, с большим панорамным остеклением кабины экипажа.
Остекление кабины выполнено птицестойким стеклом с электроподогревом. Для удобства посадки пассажиров в самолет по левому борту фюзеляжа имеется встроенная дверь-трап. По бокам фюзеляжа находятся два аварийных выхода 3-го типа с выходом пассажиров на крыло.
Силовая установка самолета состоит из двух турбовинтовых двигателей ТВД-20М, установленных по бокам хвостовой части фюзеляжа. В качестве альтернативного варианта силовой установки предусматривалась также установка двигателей Пратт-Уитни РТ6А-66 с воздушными винтами фирмы «Хартцель».
Что касается заднего расположения силовой установки с воздушными винтами, то можно сказать, что эта схема была популярна и у американских авиастроителей.
Совместный российско-индийский проект «Дуэт-Saras»
Самолет «Дуэт-Saras» предназначен для перевозки пассажиров и грузов на внутренних и международных авиалиниях протяженностью до 2000 км.
Салон самолета может быть выполнен в вариантах:
- пассажирский вариант экономического класса на 14 пассажиров;
- административный вариант бизнес-класса на 9 пассажиров;
- салон-купе повышенного комфорта на 8 пассажиров;
Предусматриваются также модификации самолета по назначению, в частности:
- грузовой (для перевозки небольших партий грузов);
- патрульный (лесопатрульный, береговая охрана, экологический мониторинг);
- санитарный (для перевозки четырех носилочных больных с сопровождающими); и др.
Компоновка самолета
В носовом отсеке фюзеляжа размещены метеолокатор, блоки электронного оборудования средств связи, распределительные устройства, ниша для уборки передней опоры шасси. Для доступа к оборудованию в носовой части фюзеляжа используются эксплуатационные люки по левому и правому бортам и отклоняемый вверх носовой обтекатель метеолокатора.
В носовом отсеке фюзеляжа располагаются также двухместная кабина экипажа и приборный отсек. Летный экипаж самолета состоит из двух человек: командира и второго пилота. В административном варианте самолета второй пилот выполняет также функцию стюарда.
Четыре окна кабины обеспечивают требуемый обзор внекабинного пространства в полете и при рулежке. Вход в кабину осуществляется из салона через складывающуюся дверь>> Далее:
Макет
Особенно наглядной демонстрацией облика будущего самолета было, конечно, изготовление полномасштабного макета самолета М-102.
Впервые макет российского варианта самолета М-102 «Дуэт» был представлен на третьем международном аэрокосмическом салоне МАКС в г. Жуковском в августе 1995 г.
Полнонатурные макеты были сделаны обеими сторонами-участницами совместных работ. Макет М-102 «Дуэт» был сделан несколько раньше индийского LTA Внутренняя компоновка обоих макетов значительно отличалась, салон макета самолета М-102 «Дуэт» был выполнен в варианте «люкс» с удобными мягкими креслами, столиками, встроенной барной стойкой. Салон макета индийского варианта самолета «SARAS» был выполнен в экономическом классе, рассчитанном на 14 пассажиров >>Далее:
ЛТХ:
Модификация М-102
Размах крыла, м 14.70
Длина самолета, м 14.95
Высота самолета, м 5.25
Площадь крыла, м2 25.70
Масса, кг:
-пустого самолета 3800
-нормальная взлетная 5700
-топлива 1200
Тип двигателя 2 ТВД Ptatt & Whitney PT6A-66 (ТВД-20М)
Мощность, л.с. 2 x 850 (2 х 1375)
Максимальная скорость, км/ч 670
Крейсерская скорость, км/ч 550
Перегоночная дальность, км 2800
Практическая дальность, км 2000
Дальность с макс. загрузкой, км 830
Практический потолок, м 9000
Экипаж, чел 2
Полезная нагрузка 8-14 пассажиров или 1300 кг коммерческого груза
Модификации:
- М-102 исходный вариант
- М-102 с ВСУ
- М-102 с V-образным оперением
- М-102 с КОС-крылом обратной стреловидности
- М-102 с соосными винтами
- М-102 Дуэт-Saras многоцелевой
- М-102 с ТВД-20М
- М-102В для Индии
- М-105 (М-102Б) для Белоруссии
Заключение
Работа над совместным проектом самолета «Сарас-Дуэт» продолжалась более 10 лет.
В эту работу были вовлечены лучшие специалисты завода, в задачу которых входило не только с наибольшей полнотой разработать эскизный проект самолета, провести необходимый объем экспериментальных расчетных и проектных исследований, но и научить индийских специалистов, практически впервые столкнувшихся с задачей разработки с нуля проекта пассажирского самолета, проектному делу, понятиям авиационного проектирования.
К сожалению, частая смена директоров НАЛ в связи с ограничениями по возрасту (60 лет) привела к тому, что в качестве директора НАЛ появился доктор Пролад, который, заручившись финансовой поддержкой государственных структур, взял курс на самостоятельное изготовление опытного самолета.
Это усугубилось тем, что российская сторона, несмотря на Постановление Правительства, Распоряжения Президентов Б. Н. Ельцина и В. В. Путина, попытки найти деньги из индийских долгов, указаний о финансировании программы из Внешторгбанка, который отказался это делать только по причине политической нестабильности, так и не смогла решить проблему финансирования как исходного 14 местного варианта, так и перспективного 19 местного, к необходимости разработки которого совместно с ЭМЗ им. В. М. Мясищева пришла и индийская сторона.
Проект был угроблен, как и многие другие начинания, касающиеся разработки новой авиационной техники в России, поскольку никого в Правительстве не волновали проблемы освоения рынка в Юго-Восточной Азии и в Индии, а наши западные партнеры никак не желали способствовать возрождению авиационной промышленности в России.
Очень характерно в этом плане высказывание А. Чубайса(дебил продажный!) в пору, когда он был вице-премьером и посещал Индию, возглавляя правительственную делегацию:
«На приеме в Российском посольстве в Индии, когда зашел разговор о финансировании программы «Сарас-Дуэт», он сказал Генеральному конструктору В. К. Новикову, что тот ставит перед ним весьма и весьма трудную задачу «найти» 30-40 миллионов долларов на реализацию этой программы».
Это и называлось «Государственным» подходом в России в те времена, мало что изменилось и сегодня.
PS. Программа создания М-102 вошла в число приоритетных разработок федеральной целевой программы развития гражданской авиационной техники России на период 2001-2015 гг. в части, предусматривающей финансирование программы на коммерческой основе. Поэтому, финансироваться программа М-102 будет на бюджетные средства, но на возвратной основе. Финансирование создания самолета должно осуществляться Россией и Индией в соотношении 50:50.
Стоимость программы создания самолета М-102 оценивается примерно в $40 млн. Выполнение НИОКР рассчитано на 2,5-3 года. Базовая цена самолета М-102 на 19 пассажирских мест составит примерно $4 млн.
4-го февраля 2003 года в Бангалоре (Индия) совершил первый полет пассажирский самолет «Дуэт-Saras» российско-индийского производства
Мнение: Как в сказке: «благодаря» отсутствия политической воли власти имущих… осталась авиация общего назначения России у разбитого корыта» Печально, когда гениальный труд великих конструкторов великой страны пропадает напрасно,так мы и теряем конструкторскую школу…