Новый

Новый «кукурузник»: построит ли Россия биплан XXI века

10 октября 1947 года с аэродрома Новосибирского авиационного завода им. Чкалова взлетел странный биплан и взял курс на Москву. Это был «Везделет» — любимое детище начальника Сибирского научно-исследовательского института авиации (СибНИА) Олега Антонова. Многоцелевой самолет короткого взлета и посадки, который мог бы поднимать 1000−1500 кг груза, для обслуживания труднодоступных районов страны и удовлетворения нужд сельского хозяйства Антонов замыслил еще в 1940 году.

Долгие годы, в основном по ночам, он разрабатывал проект в одиночку — в сороковые годы, эру монопланов, бипланная схема рассматривалась как анахронизм. Только один Антонов считал, что биплан — идеальная схема для самолета, построенного на принципе малых скоростей и высоких взлетно-посадочных качеств. Единственный шанс на постройку биплана дал Александр Яковлев, первым заместителем которого во время войны и работал Антонов, предложив осенью 1945 года возглавить филиал своего ОКБ при новосибирском заводе № 153 им. В. П. Чкалова. Самолет строился стремительными темпами, и в конце июля 1947 года первый экземпляр биплана был готов, через три месяца вылетел в Москву на госиспытания, а еще через год машина была запущена в серийное производство под наименованием Ан-2.

5500 км увеличение максимальной дальности полета
  • Самолет проектируется с большим модернизационным запасом
  • Сохранение взлетно-посадочных характеристик самолета Ан-2 (короткий разбег и пробег)
3000 кг увеличение коммерческой нагрузки
  • Установка ВСУ в качестве дополнительной тяговой СУ
7400 кг максимальный взлетный вес
  • Возможность выполнения полетов днем и ночью, в том числе в сложных метеоусловиях
330 км/ч увеличение крейсерской скорости полета
  • Возможность эксплуатации в северных широтах
  • Безангарное хранение самолета

Снова биплан

Как только я прилетел в Новосибирск, несколько друзей, не сговариваясь, сообщили: «У нас в СибНИА Владимир Барсук углепластиковый «кукурузник» строит! Ты его не знаешь? Ты просто обязан с ним поговорить». Через семьдесят лет после создания Ан-2 новый директор СибНИА Владимир Барсук, работая над использованием перспективных технологий для строительства легких самолетов на 9−19 человек, столкнулся с теми же проблемами, что и когда-то Антонов. Как ни крути, выходило, что самая лучшая схема для легкого самолета России XXI века — все тот же биплан. Как и у Антонова, у Барсука есть множество доводов. Свой ТВС-2ДТС он создал для демонстрации новых технологий, которые и исследовал институт: новой аэродинамики, авиационных углепластиковых композитов, авиадвигателей, бортовой электроники. При всей суперсовременной начинке выглядит самолет действительно как «кукурузник». Почему? Владимир пододвигает к себе лист бумаги и начинает объяснять мне по пунктам.

Один в поле воин

«Нам говорили: ерундой не занимайтесь, сделайте российский аналог L-410 и живите счастливо, — рассказывает Барсук. — Все самолеты такой размерности сейчас делают двухдвигательными. В этом и проблема!» В мире более полутора десятков разных типов двухдвигательных самолетов размерности до 19 кресел, и поэтому войти на рынок с таким же почти нереально. Причем большинство конструкций разработки 1960-х годов, они уже давно самортизировали затраты на разработку и оснастку, и их производители могут сильно демпинговать. Хороший пример — красавец Piaggio Avanti с толкающими винтами. Итальянцы создали выдающийся самолет с необычной аэродинамической схемой. Переднее горизонтальное оперение у Avanti создает подъемную силу, хотя обычно стабилизатор всегда тянет вниз. За счет этого аэродинамика Piaggio Avanti на 15% лучше, чем у конкурентов. «Я летал на нем в Генуе часа полтора, — говорит Владимир Барсук. — Легкая, простая в управлении и безопасная машина. Лучшая в своем классе». Но даже этот современный самолет не смог занять рынок. До его появления лидер рынка Beechcraft King Air продавался по $7 млн. Piaggio собирался продавать свой самолет по $7,5 млн. Экономическая схема была хорошо просчитана. Но как только они появились на рынке, Beechcraft тут же сбросил цену до $6 млн. На этом все успехи Piaggio закончились. Компания продает 13−14 самолетов в год редким ценителям итальянского инжиниринга. «Мне стало понятно, что заходить на рынок с двухдвигательным самолетом, даже гениальным, бесполезно, — Барсук зачеркивает рисунок самолета с двумя винтами. — Какие-то шансы появляются, если эксплуатационные характеристики превосходят показатели конкурентов раза в два. Мы же не строим самолеты такого класса с 1953 года, отдали производство за границу и подобными технологиями не обладаем. Поэтому двигаться в ту сторону бессмысленно».

Безопасность

Из 2500 двухдвигательных самолетов малой размерности (L-410, Ан-28 и DHC-6 Twin Otter), которые эксплуатируются в России, в катастрофах было потеряно 395 машин. Погибло около 2700 человек. А из 18 000 выпущенных Ан-2 катастрофы коснулись чуть более 110 самолетов, что унесло жизни около 500 человек. Аварий — более 600, но люди остались живы. Выходит, что старенький Ан-2 безопаснее новых самолетов не в разы, а на порядок. Владимир Барсук как летчик-испытатель объясняет это так. Основное количество отказов двигателя происходит на взлете или посадке, а отказ одного двигателя при двухдвигательной схеме на взлете, как правило, приводит к фатальным последствиям: при развитии скольжения возникает стремительный неуправляемый срыв. Летчику надо иметь очень высокую квалификацию, чтобы совладать с этой ситуацией.

Двухдвигательный самолет обязан сохранить управляемость в случае отказа одного двигателя. Для этого нужно увеличить площадь элеронов, чтобы устранить крен, и площадь хвостового оперения, чтобы педалями удерживать направление. Поэтому хвостовое оперение и элероны в такой машине переразмерены на 10−15% и в случае отказа двигателя создают дополнительное сопротивление, что требует увеличения тяги. В итоге на самолетах вынуждены ставить переразмеренные моторы.

Построенный в СибНИА цельнокомпозитный биплан — демонстратор новых технологий для малой авиации. На нем была отработана технология изготовления элементов авиационной техники методами вакуумной инфузии и термостабилизации препрегов.

А отказ двигателя Ан-2 не оставляет пилоту вариантов и заставляет принимать решение о вынужденной посадке. Самолет планирует на скорости 130 км/ч, снижаясь с вертикальной скоростью 3,5 м/с, превращаясь в большой управляемый парашют для пассажиров. Возможность снижения скорости до 40−50 км/ч при посадке позволяет даже при лобовых столкновениях с препятствиями обеспечить высокую выживаемость.

Вместо сердца

Еще в 1970-е годы собирались ремоторизировать Ан-2, заменив его поршневой двигатель турбовинтовым. Дело в том, что поршневой двигатель быстро теряет тягу при увеличении скорости и высоты полета, а газотурбинный — нет. Только за счет применения силовой установки другого поколения можно получить почти 30%-ный прирост тяги на крейсерских скоростях. С поршневым двигателем Ан-2 летает в горизонте на скоростях 220−230 км/ч, а при переходе на турбовинтовой двигатель достигает 295−300 км/ч. Только выполнять полет на Ан-2 на такой скорости нельзя, так как при превышении 230 км/ч начинается повышенная вибрация расчалок, которая негативно действует на конструкцию крыла. Например, у Ан-3 (турбовинтовая версия Ан-2), которые первое время гоняли на скоростях под 250 км/ч, при прохождении капитального ремонта выявили повышенное количество усталостных трещин на нервюрах.

Одна из основных проблем российской малой авиации — отсутствие современного турбовинтового мотора. Опытный образец оснащен двигателем Honeywell TPE331−12U, производство которых планировалось локализовать в России.

Два или одно?

До Барсука априори считалось, что бипланы — это что-то из начала XX века. Последним аэродинамику бипланов изучал Антонов в том же СибНИА. Возобновив исследования, Владимир Барсук узнал об этой схеме много интересного. «Я летчик, — довольно жестко говорит Барсук. — Когда у моего самолета отказывает двигатель, я падаю на землю, поэтому мне очень хорошо понятны преимущества биплана. И никакой аэродинамик не убедит меня в обратном». И задачу своим конструкторам он поставил конкретную: большой мидель снижает аэродинамику биплана, необходимо подтянуть ее к показателям моноплана. Подтянули.

Рассуждения о том, что моноплан с хорошей механизацией и хорошими закрылками будет по характеристикам равняться Ан-2, Барсук поставил под сомнение. Дело в том, что аэродинамические характеристики моноплана с высокоразвитой механизацией резко падают при возникновении скольжения — как в аварии с взлетавшим Ан-70 в Омске.

Одно из главных ограничений Ан-2 — расчалки между крыльями. И первой задачей, которую предстояло решить команде Барсука, — уход от расчалок. По сути, у нового самолета два центроплана, верхний и нижний, и крыло замкнутого контура образует силовую конструкцию. Такая схема принесла дополнительный бонус — снижение индуктивного сопротивления на 5−10% в зависимости от скорости. Это необычное прочтение исследованных ранее кольцевых крыльев позволило получить большую устойчивость к боковому ветру.

Правда, когда в Новосибирске попытались спроектировать металлический самолет без расчалок, крылья получились тяжелее в два раза. Комплект крыльев антоновской машины весил 830 кг, а новых металлических — 1600 кг с лишним. Композиты, технология которых и исследовалась в СибНИА, позволили снизить вес до 1050 кг и летать на скоростях за 300 км/ч.

Биплан XXI века

На вопрос, почему же новый композитный самолет при другой аэродинамике так напоминает Ан-2, Владимир Барсук со смехом отвечает: «Аэродинамика с тех пор не поменялась. Воздух не стал плотнее». Антонов, например, потратил несколько месяцев только на то, чтобы точно определить расположение стабилизатора, — первоначально он был в другом месте. Провели множество исследований, чтобы правильно разместить стабилизатор. И он у Ан-2 стоит идеально. Хотя фюзеляж у самолета Барсука шире на 30 см и длиннее на 50 см, благодаря тому что применили другой профиль стабилизатора, удалось значительно увести центровку назад, в результате чего кабине добавилось более 2 м в длину.

При практически тех же габаритах внутренний рабочий объем фюзеляжа вырос на 40%. Когда оказываешься в кабине, первое впечатление — это не Ан-2! Расход топлива по сравнению с Ан-2 уменьшился на 30%, и это не дефицитный авиационный бензин, а керосин.

Сравнение летно-технических характеристик самолета ТВС-2дтс с аналогами
Летно-технические характеристики Ан-2 Ан-3 ТВС-2ДТС Cessna 208B Grand Caravan
Вес пустого ВС, кг 3350 3450 3500 2048
Максимальная коммерческая загрузка, кг 1500 1800 3000 1404
Крейсерская скорость, км/ч 180 240 330 320
Крейсерский часовой расход топлива, л/ч 190 260 200 220
Дальность полета с полной загрузкой, км 780 900 1583 400
Длина разбега / пробега, м 150/170 140/100 150/190 354/218
Минимальный часовой расход топлива, л/ч 120 180 140* 130
Время набора 3000 м, мин 26 6 9 13
Максимальная высота полета, м 4400 4900 4000 7620

*На скорости 160 км/ч и высоте 4000 м.

В конструкции нового самолета много мелких нюансов, не видных с первого взгляда. Например, выхлопная труба, которая находится справа, дает дополнительную тягу в 100 кг и компенсирует реактивный момент от винта. А минимальные скорости достигаются идеальным балансом управляющих поверхностей. При изменении режимов двигателя рули управления почти всегда остаются в нейтральном положении. А что такое отклоненные руль направления или элероны? Это по сути тормозной щиток.

Владимир Барсук считает, что его команда СибНИА создала новый самолет, который может принципиально изменить авиационную логистику. Сегодня, доставляя груз в Сибирь, Ан-12 летит сначала в транспортный хаб, например Новосибирск, после этого груз по 2−3 т перегружают в Ми-8, который стоит сумасшедших денег, и уже он летит в поселки за 500−800 км. Новый самолет может взять в Москве те же самые 2,5 т и напрямую доставить их на место. К тому же все Ан-12 и несколько сотен Ми-8 выходят из эксплуатации по ресурсу в течение ближайших пяти лет, и развозить грузы по российской глубинке станет просто не на чем.

Через два года СибНИА рассчитывает наладить в Новосибирской области серийное производство цельнокомпозитных бипланов и выпускать на начальном этапе 20 штук в год.

Барсуку говорят: сегодня у нас есть Ан-2, и он занимает свою нишу, а вы делаете дорогой самолет, и он не нужен. «Если мы создадим самолет, который востребован прямо сейчас, эта машина будет позади рынка в режиме «вчера», а мы, как НИИ, должны работать с опережением на «завтра», чтобы формировать рынок, — твердо уверен руководитель СибНИА. — У нас еще масса нереализованных идей в запасе».

Ровно через семьдесят лет с аэродрома Новосибирского авиационного завода им. В. П. Чкалова взлетел странный биплан и взял курс на Москву. Это был углепластиковый «Везделет» — любимое детище начальника Сибирского научно-исследовательского института авиации (СибНИА) Владимира Барсука. Он летел на «МАКС-2017». Без дозаправки и напрямую, поскольку времени для промежуточных посадок не оставалось…«Я летчик. Когда у моего самолета отказывает двигатель, я падаю на землю, поэтому мне очень хорошо понятны преимущества биплана. И никакой аэродинамик не убедит меня в обратном». Летчик-испытатель Владимир Барсук

Статья «Биплан XXI века» опубликована в журнале «Популярная механика» (№9, Сентябрь 2017).
Комментарии

Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь,
чтобы оставлять комментарии.