Текст книги "Авиация и космонавтика 2003 07"

Автор книги: Автор Неизвестен

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 7 страниц)

Теперь еще раз вернемся к истории. Во времена капитана Лафона и позже существовала теория, что самолёты штопорят, попадая в особые атмосферные вихри. С началом Первой мировой войны случаи штопора участились. Особенно с 1916 года, когда родилась истребительная авиация и возникли маневренные воздушные бои. Упав в штопоре, погиб русский ас Евграф Николаевич Крутень.

Теория вихрей и воздушных ям лётчиков не удовлетворяла. Чтобы выяснить причину штопора, кому-то нужно было его выполнить преднамеренно. Таких кандидатов в первопроходцы трое. Хотя этому и нет строгих документальных подтверждений, их имена наиболее доказаны. Все они выполнили рискованный эксперимент летом – осенью 1916 года. Это англичанин Фрэнк Гудден, француз Гиннемер и русский Константин Арцеулов. Все трое действовали независимо друг от друга. Всем им повезло, так как тогда, как и сейчас, не все самолеты выходили из штопора, им же попались самолеты благополучные. Четких рекомендаций, как действовать в штопоре, они не оставили, но стало понятно, что причина штопора заключается в потере скорости и превышении угла атаки, а не в атмосферных вихрях. В Фарнборо на Королевском заводе, где Гудден выполнил свой первый штопор, работал математик и инженер Линдеман. Его так заинтересовала проблема штопора, что он специально научился летать и провел ряд испытательных полётов с применением приборов самописцев и фоторегистрацией. Хотя его имя не числится рядом с первопроходцами, его заслуга в победе над штопором не меньше, чем Гуддена, Гиннемера и Арцеулова. Иногда случалось, что практический опыт и интуиция летчиков опережали теорию, но без науки едва ли можно было решить проблему штопора кардинально. В нашей стране большой вклад в теорию штопора внесли ученые А Н Журавченко и B.C. Пышнов. Журав– ченко. будучи артиллерийским офицером, стал в Первую мировую войну первым штурманом-бомбардиром России. Летая на Илье Муромце, он создал теорию бомбометания и написал инструкцию, которой предпослал такой эпиграф: "Самолет летит правильно. Надо уметь его направить. Бомба падает точно, надо уметь ее вовремя сбросить".

Это был ответ скептикам, не верившим в эффективность воздушного бомбометания. Как видим, Журавченко успешно применял теорию к решению практических задач. С 1919 года по 1964 он работал в ЦАГИ.

Под его руководством была спроектирована и построена вертикальная штопорная труба ЦАГИ. С началом функционирования этой аэродинамической трубы вопросы обеспечения безопасности полетов от штопора стали решаться наиболее кардинально.

Пышнов Владимир Сергеевич – ученый в области аэродинамики, профессор академии имени Жуковского. Он работал в частях ВВС, в КБ Поликарпова, был председателем секции Научно-технического комитета ВВС. Он также внес большой вклад в теорию штопора. Исторические справки автор почерпнул из его лекций на семинаре для слушателей летчиков академии Жуковского.

Окончательные сведения о штопоре конкретного самолета могут быть получены из летных испытаний. Как уже было сказано, эти испытания сложны и рискованны. Безопасность испытаний на штопор обеспечивается упреждающими научными исследованиями. Сначала изготавливается динамически подобная модель самолёта и испытывается в штопорной трубе, где и определяются характеристики штопора модели. Результаты этих испытаний позволяют прогнозировать характеристики штопора самолета. Сходимость результатов испытаний модели и самолёта достаточно высока. На модели отрабатываются и методы вывода, и рекомендации лётчику по действию рулями. В этих же испытаниях определяются параметры установок аварийного вывода из штопора. Это – или противоштопорные ракеты, или противоштопорный парашют. Специальные пороховые ракеты двухстороннего действия устанавливаются на левом и правом крыле самолёта на период испытаний. При нажатии летчиком специальной кнопки в кабине одна ракета дает тягу вперед, другая назад, и пара сил ракет останавливает штопорное вращение. Ракеты, как правило. используются на истребителях, а на пассажирских и транспортных самолетах для вывода из сваливания и штопора применяются противоштопорные парашюты, которые устанавливаются в хвостовой части самолета. Параллельно с испытаниями в аэродинамической трубе проводится математическое моделирование. Казалось бы, при таком обеспечении безопасности, какой еще риск? В чем опасность? Это помогут понять случаи, известные автору или произошедшие с ним самим.

Кама. К. К. Арцеулов у самолета Ньюпор 21, на котором он впервые в России преднамеренно выполнил штопор

К. К. Арцеулов в 1968 году

Фотография штопора, полученная путем наложения отдельных заснятых кинокадров

В 1960 году ЛИИ были поручены лётные испытания и исследования на штопор первой модификации МиГ-21. Летчик фирмы выполнил два или три полета на штопор и дал положительное заключение. Тогда считалось, что за три полета можно определить главное: выходит самолёт из штопора или нет, а в последующих полетах можно исследовать всякие тонкости и влияние различных факторов. Испытания в аэродинамической трубе были проведены, но материалы испытаний еще не были обработаны. Ориентируясь на результаты полётов, ЦАГИ дал предварительное заключение. Летные испытания, кроме всего прочего, еще и производство, а значит, это план, сроки, обязательство по выполнению. А самолет для испытаний был оборудован не полностью. Не были установлены противоштопорные ракеты. Руководство, посовещавшись, предложило мне начать полеты без ракет хотя бы в условиях, в которых выполнял полеты лётчик фирмы. Я дал согласие.

К этому времени я уже имел опыт испытаний на штопор. В полетном задании сказано, как действовать рулями, сколько можно сделать попыток вывода, на какой минимальной высоте нужно применить ракеты, если вывод рулями оказался безуспешным, на какой высоте катапультироваться, если не помогли и ракеты. Рекомендованные действия рулями основаны на проверенных опытом результатах, ибо никто не рискнет дать лётчику неопробированные рекомендации. Однако лётный опыт иногда опережал науку, и опытный испытатель мог еще иметь и свою программу действий, со своей ответственностью за конечный результат.

И вот в очередном полёте самолёт вошел в плоский штопор и на рекомендованные действия рулями не реагировал. Я с тоской посмотрел на кнопки с надписями "Вывод из правого", "Вывод из левого". Кнопки были, а ракет, которыми они управляли, не было. А самолёт идет к земле со скоростью 100 метров в секунду. Уже проскочил высоту, на которой по заданию нужно было применить ракеты. В условиях крайнего дефицита высоты и времени я стал импровизировать. Применил отклонение элеронов и так же отклонил руль направления и руль высоты в такт колебаниям самолета. Самолёт из штопора вышел. Эффект элеронов я знал от старших товарищей, а об использовании для вывода колебаний самолета я тогда не знал.

Авария МиГ-23 после штопора

Авария МиГ-29

Смысл такого действия рулями я понял только годы спустя, работая над кандидатской диссертацией, а тогда я это как-то удачно «проинтуичил».

Руководил этими испытаниями доктор наук, профессор Калачев Григорий Семенович. Я спросил его, почему в полётном задании не рекомендовано использовать элероны? Он ответил, что поданным продувок и расчетов эффект действия элеронов не стабилен и зависит от особенности каждого самолёта. Кроме того, если самолёт войдет неожиданно в штопор перевернутый (штопор на отрицательных углах атаки), то там эффект элеронов будет противоположенным. Мы не можем быть уверены, что лётчик в сложном положении сумеет их правильно использовать. Пусть он использует ракеты, а самолёт с плохими характеристиками штопора будем "лечить". Значит, вся надежда на ракеты? Но я оказался в полете без них.

Еще случай. В 1972 году я испытываю на штопор очередную модификацию МиГ-23. Опять плоский штопор. Опять самолёт на действие рулей не реагирует. На нужной высоте нажимаю кнопку "вывод из левого". При этом правая ракета стреляет вперед, а левая должна назад. Вижу справа оранжевое пламя и слышу грохот ракеты (правой). Что слева из кабины, не видно. Действие ракеты кончилось, а самолет из штопора не вышел. Опять не предусмотренная заданием импровизация. Я выпускаю штатный посадочный парашют, штопор продолжается, но стал более крутым. Повторные действия рулями штопор остановили. хотя опять низковато. Почему ракеты не остановили штопор? Оказалось, стрельнула только одна ракета, правая. Результат ошибки электромонтажа.

Испытания МиГ-23 продолжались. Я спросил, каков будет эффект элеронов? Представитель фирмы ответил: "На самолете элеронов нет. Поперечное управление обеспечивается дифференциальным стабилизатором. Забудьте об элеронном эффекте".

Однако оказалось, что дифференциальный стабилизатор на больших углах атаки дает тот же эффект, что и элероны, только значительно сильнее. Использовать его для вывода нужно несколько иначе, чем элероны. Чтобы остановить штопор, нужно ручку по вращению отклонять при полном её положении на себя. Так был найден новый метод вывода из штопора, по сложившейся ранее классификации пятый. Этим методом самолет МиГ-23 надежно выводился из штопора. Однако заказчик в лице ГК НИИ ВВС этот метод не признал, как слишком сложный, и требовал найти более простой.

Александр Васильевич Федотов продолжил испытания в поисках простого метода, который, увы, не находился. В очередном полете, предприняв несколько попыток "простого" вывода, Федотов оказался на слишком малой высоте. Были использованы и ракеты, и парашют, но высоты на вывод не хватило, и он катапультировался. Позже новый метод вывода заказчику пришлось признать, и он вошел в руководящие документы, хотя это стоило потери самолета и лишней рискованной ситуации для Федотова.

Не всегда и не всякие требования заказчика следует выполнять. Тут уместно вспомнить один апокрифический случай. Как-то один генерал, обсуждая проект самолета с генеральным конструктором Сухим, недовольно спросил: "Почему Вы не выполняете наши требования? Почему навязываете нам свои? Вот если я, скажем, пришел в пошивочное ателье и заказал костюм, то мне сошьют то, что я хочу, и не станут со мной спорить". Павел Осипович ответил: "Мы ателье высшего разряда. Если Вы к современному костюму закажете брюки клёш шириной 40 сантиметров, мы такой заказ не примем. Мы дорожим репутацией своего ателье."

После испытаний 1960 года на самолёте МиГ-21 была увеличена площадь киля, и самолёт был от штопора "вылечен". Самолёт МиГ-23 "исцелению" поддавался трудно и долго, но так и остался с "хроническим синдромом штопора". В 1983 году лётчик ЛИИ Римантас Станкявичус испытывал на штопор самолёт МиГ-29. Вывести самолёт из штопора рулями не удалось. На нужной высоте Римантас включил ракеты, но они сработали наоборот, не на торможение, а на раскрутку. Опять ошибка электромонтажа. Самолёт раскрутило так, что его не смог бы остановить, ухватив за хвост, сам чёрт. Опять катапультирование на малой высоте.

Как видим, испытания на штопор дело сложное и рискованное, и испытателю следует продумывать случаи, когда события начинают развиваться вопреки научным рекомендациям. Все описанные случаи окончились, в общем, благополучно, исключая потери самолётов. К сожалению, так бывало не всегда.

Всего за последние 40 лет в испытаниях на штопор противоштопорные ракеты применялись 10 раз. При этом трижды происходил их отказ, и трижды лётчики вынуждены были катапультироваться. Как видим, ракеты не столь уж надежное средство. Но, к сожалению, сегодня и этого средства лётчики лишены. Противоштопорные ракеты в силу новых экономических условий больше не производятся. Обеспечение безопасности лётных испытаний существенно снижено, и не только из-за отсутствия ракет. Испытывать боевые самолёты на штопор совершенно необходимо, но их хотя бы в аварийной ситуации можно покинуть с помощью катапультного кресла.

Штопор в наши дни….

Что касается пассажирских самолётов, то, казалось бы, они в штопор попадать не должны. На них лётчикам нет необходимости использовать максимальные маневренные возможности. Однако же они в штопоре бывают, не так часто, как самолёты боевые, но систематически. Если пассажирский самолёт не выведен из штопора, то пассажиров и экипаж не спасёт и сам Господь Бог. Такая беда начала преследовать в пятидесятые годы самолёт Ту-104.

Это был наш первый реактивный лайнер со стреловидным крылом. В августе 1958 года разбился рейсовый самолёт в районе Хабаровска. Разумеется. все пассажиры погибли. То же произошло в 1959 году в районе Казани. Бортрадист передал, что они падают, но не сказал, от чего. Вероятно, экипаж даже не понял, что они в штопоре. Разбивались из-за штопора и военные Ту– 16. Но тот же Ту-104 в 1959 году в районе Иркутска лётчик сумел вывести из штопора, чем спас от гибели более сотни человек.

Причина этих катастроф заключалась в некоторых органических недостатках конструкции самолета. После этих катастроф в ЛИИ были проведены специальные лётные испытания, в результате которых были внесены изменения в конструкцию и в условия эксплуатации, после чего штопора на этих самолётах прекратились. Испытания успешно провели лётчики-испытатели Анохин, Хапов, Комаров.

Случаи штопора бывали с самолетами Ту-154 (четыре раза), Ан-22, Ан-24, Ту– 95, А-310, Ту-22М. Як-42, Ил-114. Уже когда писалась эта статья, разбился из-за штопора самолёт Л-410.Эти самолёты органических недостатков не имели. Главным образом катастрофы происходили по причине человеческого фактора. Если для боевых самолётов результаты испытаний на штопор доводятся до лётного состава хотя бы теоретически, то в инструкциях по эксплуатации самолётов пассажирских, как правило, даже нет раздела "штопор" и "полёт на больших углах атаки". Вероятно, начальники рассуждают так: "Не нужно даже упоминать об этих явлениях, чтобы у лётчиков не возникло греховного любопытства попробовать, что это такое". Автор не согласен с таким положением ни в военной, ни в гражданской авиации. Но об этом позже. А пока расскажу, как испытываются пассажирские самолёты.

Штопор в испытаниях не допускается, или, вернее, не должен допускаться. Дело в том, что пассажирские самолеты имеют меньшую, чем боевые, прочность. Оказавшись после штопора в пикировании, пассажирский лайнер может быть выведен в горизонтальный полёт только на пределе своих ограничений по приборной скорости и перегрузке. Даже небольшие ошибки лётчика могут эти границы превысить В случае с Л-410, вероятно, уложиться в ограничения не удалось. Самолёт был разрушен на выводе из пикирования.

В лётных испытаниях пассажирских самолётов лётчик доводит самолёт до начала сваливания или до потери эффективности рулей. Однако модели испытываются в трубе и на штопор. Это делается для того, чтобы оставить лётчику какой-то шанс, если штопор всё– таки случится. Кроме того, в этих испытаниях определяется необходимая площадь противоштопорного парашюта. Если предотвратить глубокое сваливание или штопор не удалось, то выпускается парашют. Такое случалось на испытаниях трижды: на Ту-22, на Як-42 и на Ту-154. Если на Ту-22 в случае невыхода из штопора экипаж мог бы катапультироваться, то экипажи Як-42 и Ту-154 были спасены противоштопорным парашютом.

Покинуть пассажирский самолёт в штопоре лётчикам со своих рабочих мест совершенно невозможно. Руководящие документы требуют испытания пассажирских самолетов на больших углах атаки проводить только с противоштопорными парашютами. Однако в наше "светлое послереформенное время" такие испытания проводятся без ПШП, разумеется, в целях "разумной экономии".

Автор испытал на штопор большинство отечественных боевых самолётов и когда узнавал об очередном лётном происшествии по причине штопора, начинал испытывать душевный дискомфорт. Моя работа оказывалась невостребованной.

Обучение штопору в ВВС и ПВО практически прекратилось в пятидесятых годах. Появление новых самолётов со стреловидным крылом несколько усложнило обучение, и после нескольких лётных происшествий на это обучение был наложен запрет. За последующие десятилетия утратилась школа обучения и не стало квалифицированных инструкторов. А еще в 1919 году французский лётчик и конструктор Робер Моран писал: "До конца войны (Первой мировой) пренебрегали тем, что называется штопором. Многочисленные смертельные случаи были следствием этого движения, которое не могли объяснить. Не умели делать штопор добровольно и как следствие этого не могли и остановить его добровольно".

Восемьдесят лет спустя автор согласен с Мораном. Я убежден, что обучение штопору может быть достаточно безопасным. Мне случалось с коллегой Олегом Гудковым выезжать в части и обучать штопору и другим критическим режимам лётчиков-инспекторов и другой руководящий состав, после чего они могли достаточно убедительно проводить занятия с лётчиками частей. То же в своё время делал лётчик-испытатель ГК НИИ ВВС Георгий Тимофеевич Береговой. Постоянно проводилось обучение штопору в Школе лётчиков-испытателей. На сегодняшний день проводить массовое обучение штопору на боевых истребителях сложно и дорого, учитывая стоимость топлива и ресурс самолётов. Но это можно делать на учебных и спортивных самолётах. Большая часть аномальных явлений на больших углах атаки и в штопоре присуща большинству самолётов. Таким образом, подобрав учебный самолёт с характеристиками штопора, схожими с таковыми современных истребителей (а такие самолёты есть), можно лётчикам дать фундаментальные навыки и знания о пилотировании в штопоре. Это необходимо и лётчикам гражданской авиации. Начиная с шестидесятых годов для защиты от штопора применялись разные системы сигнализации: световые, звуковые и тактильные. Опыт показал, что световые и звуковые системы малоэффективны. Несколько лучше системы тактильные в виде толчков и дополнительных усилий на ручке и штурвале, однако и они штопор не исключали. Аэродинамическая компоновка самолётов четвертого поколения, как наших, так и американских, такова, что они не могут иметь хороших характеристик штопора. Для защиты от последнего в системы управления этих самолётов встроены автоматические устройства, воздействующие на рули помимо воли лётчика. Эти устройства в полёте ограничивают угол атаки и развитие угла скольжения. Особенно это эффективно на самолётах с дистанционными системами управления. Однако и они полностью штопор исключить не могут. А если штопор все-таки случился, то эти автоматические устройства активно препятствуют выводу из штопора и их необходимо отключать и обеспечивать прямую связь кабина – рули. Это, разумеется, дополнительная сложность для лётчика.

Кардинально исключить штопор можно на самолётах с управляемым вектором тяги, но ОВТ пока бывают только на истребителях. Для пассажирских самолётов даже с системами дистанционного управления проблемы сваливания и штопора в обозримом будущем остаются.

Особенно актуально это для небольших пассажирских самолётов с простыми механическими системами управления, Поэтому всесторонняя информация лётного состава о штопоре и обучение в полёте будут важным средством обеспечения безопасности полётов. Завершить статью хотелось бы лирическим эпилогом.

Прошли годы, как я окончил свою лётную работу, но продолжаю испытания на штопор, только не самолётов, моделей. Я инженер ОКБ. Об испытаниях моделей уже говорилось выше. Модель штопорит в вертикальной аэродинамической трубе. Ее рули управляются дистанционно. Если модель из штопора вышла, выдается заключение на проведение испытаний самолёта. Если не вышла, меняют программу отклонения рулей и – снова в трубу. Если опять не вышла, даётся заключение о необходимости вносить изменения в конструкцию самолёта.

В соответствии с изменением самолёта переделывается модель. Рутинная инженерная работа? Но это как кому! Как только загудит труба и завращает– ся в штопоре модель, я стою, прижавшись к заградительной сетке, и внимательно слежу за движением модели. В этом нет необходимости. Движение модели фиксирует киноаппарат. Но дело в том, что мысленно я нахожусь в ней, в модели, в ее несуществующей кабине и вижу ее движение как из кабины самолёта. Я оценил характер штопора и вижу, что выход будет трудным. Вот загорелись сигнальные лампочки. Это рули отклонились на вывод из штопора. В этот момент во мне что-то вздрогнуло, что– то всколыхнулось. Виток, другой, третий, вращение не прекратилось. Далее мне не нужно напрягать воображение, чтобы увидеть, что произойдет с реальным самолётом и лётчиком в нем, если первая попытка вывода оказалась неудачной. Время, отпущенное для благополучного завершения полёта, сжимается, скукоживается. Счёт идёт на секунды. Во вторую попытку вывода лётчик должен вложить всё своё мастерство, все свои знания. Нужно внимательно следить за движением самолёта, чтобы не пропустить благоприятный для отклонения рулей момент. Нужно вовремя заметить ответную реакцию самолёта: выйдет – не выйдет. При этом нужно контролировать стремительно уменьшающуюся высоту и не пропустить последнюю возможность вывода ракетами. Они должны остановить штопор, но они не очень-то надежны. Уж я-то это знаю.

Если подвели ракеты, остаётся катапультирование. Лётчик спасается, но самолёт погибает. Но как только лётчик возьмется за рукоятки катапультирования. его обожжет мысль: "Все ли я сделал правильно? Не допустил ли ошибки в действиях рулями?" Высота и время убывают стремительно, а эта чёртова мысль обязательно отнимет еще секунды. Это я тоже знаю. Это со мной уже случалось. В результате возможность спасения на пределе.

Я неоднократно видел лётчиков после такого катапультирования. Как правило. на их лицах отражалась не радость спасения, а только вопрос: "Всё ли я сделал правильно?" Ведь на все непростые действия в штопоре и на принятие решения отпущено слишком мало времени. Можно ли полностью исключить возможность ошибки?

Итак, стоя у защитной сетки трубы, я испытываю былые эмоции, хотя, конечно, не такие сильные, как в полете. Ведь независимо от того, выйдет из штопора модель или не выйдет, я вовремя вернусь домой. В случае штопорения в реальном самолёте это не гарантировалось. Когда модель будет увеличена в десять раз, станет самолётом, и в нём, в штопоре, окажется мой молодой коллега, я пожелаю ему вывод с первой по– тытки и с минимальными эмоциями.

В.М. СИНАЙСКИЙ