Требования на салфетке

Незадолго до первого полета нового российского широкофюзеляжного дальнемагистрального самолета Ил-96-400М отпраздновал юбилей родоначальник этого семейства лайнеров. 28 сентября 1988 года в небо впервые поднялся самолет Ил-96-300. Именно благодаря этому воздушному судну Россия приобрела компетенцию в классе дальних широкофюзеляжников, которую и сохраняет до сих пор.

Ил-96-300 стал одним из самых надежных широкофюзеляжных самолетов в мире. Его создание - яркий пример реализации достижений своего времени. Проект Ил-96-300 рассматривался с самого начала работ как базовый самолет большого «семейства» бортов различного назначения. При проектировании ставились задачи обеспечения его экономической эффективности, надежности и безопасности в эксплуатации, предоставления пассажирам высокого уровня комфорта в полете.

Герой России, летчик-испытатель Анатолий Кнышов рассказывал: «Когда в 1990-х я прилетел на Ил-96 в Штаты и у меня в баках осталось топлива еще на три часа полета, американцы страшно удивились. Один из представителей их авиавластей тогда прямо заявил: по некоторым позициям данный тип самолета является для нас недостижимым».

Генрих Васильевич Новожилов (генеральный конструктор ОКБ им. С. В. Ильюшина в 1970-2005 годах), руководивший созданием Ил-96-300, оставил ценнейшие воспоминания о создании этого уникального самолета. Они вошли в книгу «Самолеты Авиационного комплекса имени С. В. Ильюшина», написанную Новожиловым в соавторстве с Юрием Егоровым. Мы приводим некоторые эпизоды из этой увлекательной истории.

Текст: Генрих Новжилов, Юрий Егоров

Проект Ил-86Д

Осенью 1972 года два министра – гражданской авиации Б. П. Бугаев и авиационной промышленности П. В. Дементьев – вместе с Г. В. Новожиловым возвращались в Москву из командировки на самолете Ту-134. Во время полета министры пригласили Новожилова и предложили обсудить вопросы, связанные с дальнейшим развитием самолета Ил-86, созданием на базе его конструкции дальнего широкофюзеляжного самолета. Бугаев считал, что тенденция роста объема пассажирских перевозок в СССР потребует в самое ближайшее время внедрения в эксплуатацию дальнего широкофюзеляжного самолета, способного перевозить пассажиров по весьма загруженным воздушным линиям, связывающим Дальневосточный регион с Европейской частью страны.

Дементьев поддержал Бугаева и предложил Новожилову проработать этот вопрос. Новожилов попросил написать основные требования на бумаге, но как на грех листа бумаги в салоне самолета не нашлось, и для этой цели решили использовать бумажную салфетку, стоявшую в стаканчике на столике. Дементьев написал на ней: «Тов. Новожилову. Самолет на 350-300 мест. Дальность 8500-9000 км. Дать предложение к 15 ноября 1972 года. 9 октября. Дементьев». Бугаев в свою очередь приписал: «Отлично. Это наше предложение для Политбюро. Бугаев».

Салфетка была вручена Новожилову. В дальнейшем в ОКБ она приобрела статус официального документа, в соответствии с которым была разработана программа развития широкофюзеляжных пассажирских самолетов и начата работа над техническим предложением по самолету Ил-86Д…

Первоначально предполагалось, что отечественный дальний широкофюзеляжный самолет будет являться дальнейшим развитием самолета Ил-86 и сохранит максимально возможную конструктивную общность с ним.

В соответствии с таким подходом новый самолет, получивший обозначение Ил-86Д («дальний»), имел одинаковую с Ил-86 конструкцию фюзеляжа, оперения, основных бортовых систем. Это позволяло сократить сроки создания новой машины, быстро внедрить ее в серийное производство параллельно с производством самолета Ил-86 и упростить техническое обслуживание Ил-86 и Ил-86Д в эксплуатации. От своего предшественника Ил-86Д отличался только увеличенной площадью крыла и новыми более экономичными двигателями Д-18, которые имели большую степень двухконтурности, малые удельные расходы топлива на крейсерском режиме полета и взлетную тягу по 20,85 тс.

Разразившийся в середине 1970-х годов «энергетический кризис», связанный с резким, скачкообразным возрастанием цен на нефть и, соответственно, на производимые из нее различные углеводородные виды топлива, в том числе и на авиационный керосин, заставил конструкторов пассажирских самолетов обратить особое внимание на снижение расходов топлива на вновь создаваемых самолетах. Правда и без «энергетического кризиса» мы всегда обращали внимание на данную характеристику наших самолетов.

Именно в это время в процесс проектирования пассажирских самолетов, помимо общепринятого критерия оценки эффективности эксплуатации пассажирского самолета как транспортного средства по себестоимости пассажиро-километра, вводится новый критерий оценки. Им становится показатель топливной эффективности самолета - расход топлива на перевозку одного пассажира на дальность в один километр: то есть граммы топлива на пассажиро-километр. Оценка уровня технического совершенства вновь создаваемого пассажирского самолета по критерию топливной эффективности становится одной из главных…

Оценка проектных данных Ил-86Д по критерию топливной эффективности показала, что, обеспечить минимальные расходы топлива на этом самолете в эксплуатации невозможно. Крыло, скомпонованное из аэродинамических профилей, примененных на Ил-86, необходимо было создавать на основе результатов новых научных исследований, проведенных в ЦАГИ.

Проект Ил-96

В соответствии с этим новым подходом в конце 1970-х годов были начаты работы по созданию двигателей с большой степенью двухконтурности. В ОКБ генерального конструктора И. Д. Кузнецова создавался двигатель НК-56 со взлетной тягой 18 тс, предназначенный для дальнего широкофюзеляжного самолета, а в ОКБ генерального конструктора П. А. Соловьева двигатель Д-90 со взлетной тягой 13,5 тс для пассажирского самолета средней дальности Ту 204.

Практически одновременно в ЦАГИ велись работы в области повышения несущих способностей аэродинамических профилей для нового поколения отечественных пассажирских самолетов. Под руководством академика Я. М. Серебрийского был разработан аэродинамический профиль, получивший название «сверхкритический» или «суперкритический». Суть нового профиля состояла в том, что за счет уменьшения кривизны верхней поверхности профиля удалось отдалить возникновение сверхзвуковых скачков уплотнения на его верхней поверхности и уменьшить рост волнового сопротивления. Одновременно благодаря отогнутой вниз хвостовой части профиля создавалось дополнительное давление на его нижнюю поверхность… Уменьшению индуктивного сопротивления способствовала и установка на концах крыла так называемых вертикальных законцовок…

На основе большого объема расчетных, проектно-конструкторских и экспериментальных исследований был разработан проект дальнего широкофюзеляжного пассажирского самолета Ил-96 на 350 пассажирских мест с четырьмя двигателями НК-56 со взлетной тягой по 18 тс на пилонах под крылом, имеющего ту же длину фюзеляжа, что и на Ил-86. Характеристики двигателей НК-56 и высокое аэродинамическое качество крыла обеспечивали самолету Ил-96 снижение расхода топлива и высокую экономичность в эксплуатации.

В конечном итоге был разработан эскизный проект самолета Ил-96 и, самое главное, в ОКБ Н. Д. Кузнецова уже был создан двигатель НК-56 для этого самолета, который начал проходить стендовые испытания. Подразделения ОКБ приступили к выпуску рабочих чертежей Ил-96. Однако это продолжалось недолго.

Проект Ил-96-300

В начале 1980-х годов в Министерстве авиационной промышленности появилась идея создания нового поколения отечественных пассажирских самолетов Ил-96 и Ту-204 на базе единого унифицированного двигателя. Идеологи применения единого двигателя на двух основных перспективных для того времени типах пассажирских самолетов аргументировали свое предложение тем, что это позволит значительно увеличить серийность такого двигателя, приведет к снижению его стоимости, позволит улучшить эффективность самолетов Ил-96 и Ту-204. На бумаге такой подход выглядел достаточно убедительным, но при этом не учитывался огромный риск «завязки» двух перспективных самолетов отечественной гражданской авиации на один двигатель. Ведь в случае неудачи его создания, невыполнения заявленных характеристик по экономичности или ресурсу страдала бы экономика обоих самолетов, а в случае более серьезных дефектов вся дорогостоящая программа переоснащения парка отечественных пассажирских самолетов ставилась бы под удар. Тем не менее назначенный в начале 1981 года министром авиационной промышленности И. С. Силаев поддержал это предложение, и в ОКБ поступила директива о разработке самолета Ил-96 с двигателями Д-90. Работы по перспективному двигателю НК-56 прекратили.

Первоначально характеристики двигателя Д-90 рассчитывались для трехдвигательного варианта самолета Ту-204, и взлетная тяга двигателя была равна 13,3 тс. Такая тяга совершенно не устраивала разработчиков Ил-96, и им было предложено рассмотреть вариант этого самолета с пятью двигателями Д-90 (четыре двигателя на пилонах под крылом и один – в хвостовой части фюзеляжа). Однако проработка этого варианта показала нецелесообразность создания такого самолета из-за его высоких эксплуатационных расходов.

В конце 1982 года Министерство авиационной промышленности объявило конкурс на создание унифицированного двигателя со взлетной тягой 16 тс. В конкурсе приняли участие двигатель Д-90А генерального конструктора П. А. Соловьева и двигатель НК-64 генерального конструктора Н. Д. Кузнецова. В 1984 году прошли сравнительные испытания двигателей Д-90А и НК-64 в термобарокамере ЦИАМ, по результатам которых 26 июня 1985 года победителем конкурса был признан двигатель Д-90А, имевший лучший удельный расход топлива на крейсерском режиме полета (0,609 кг/кгс в час) по сравнению с НК-64 (0,635 кг/кгс в час).

Ту-204 стал двухдвигательным. Генеральному конструктору Г. В. Новожилову было предложено отказаться от двигателей НК-56. После серьезного разговора Новожилова с министром авиационной промышленности И. С. Силаевым в ОКБ были выполнены расчетные оценки, которые показали, что с четырьмя двигателями Д-90А имеется возможность создать самолет на 300 пассажирских мест и с дальностью полета 10000 км. При этом на 5,5 м сокращалась длина фюзеляжа и уменьшалась площадь крыла по сравнению с первоначальным проектом. Этот вариант самолета, получил обозначение Ил-96-300. В соответствии с постановлением Правительства от 18 января 1986 года под четыре двигателя Д-90А со взлетной тягой по 16 тс, позднее получившего обозначение ПС-90А, и велась дальнейшая разработка самолета Ил-96-300.

Под требования «Аэрофлота»

Самолет Ил-96-300 разрабатывался по техническим требованиям Министерства гражданской авиации СССР, отражавшим перспективы роста объема пассажирских перевозок на дальних воздушных линиях «Аэрофлота». Эти требования оказали значительное влияние на компоновочные и конструктивные особенности самолета Ил-96-300, определили его основные технические характеристики. Самолет Ил-96-300 был предназначен для перевозки 300 пассажиров, их багажа, почты и грузов на магистральных воздушных линиях протяженностью 4000-11000 км. Его основные параметры определялись из условия выполнения требований по перевозке коммерческой нагрузки 30 и 15 т на практическую дальность 9000 и 11000 км соответственно с крейсерской скоростью 850-900 км/ч. Максимальная коммерческая нагрузка самолета устанавливалась равной 40 т. Самолет должен был эксплуатироваться с существующих аэродромов, предназначенных для приема дальних магистральных самолетов и имеющих длину ВПП, равную 3200 м. Техническими требованиями задавался и показатель топливной эффективности самолета равный 23 граммам топлива на пассажиро-километр…

С самого начала работ Ил-96-300 рассматривался как базовый самолет большого «семейства» самолетов различного назначения…

Совершенство во всем

Следует заметить, что изготовление аэродинамических моделей современных пассажирских и транспортных самолетов является весьма сложным и трудоемким процессом. Достаточно сказать, что каждое крыло из «семейства» исследуемых крыльев изготавливается из высокопрочной стальной заготовки, а точность выдерживания теоретических контуров этих крыльев измеряется микронами.

Исследовались модели гладких крыльев со сверхкритическими профилями, отличавшихся стреловидностью, удлинением, относительной толщиной, формой профилей и геометрической закрученностью по размаху, а также модели с различными вариантами взлетно-посадочной механизации в виде выдвижных двухщелевых закрылков и предкрылков. Проводились исследования по определению аэродинамических характеристик на закритических углах атаки, по испытаниям динамически подобных моделей на штопор в вертикальной аэродинамической трубе Т-105 ЦАГИ. На моделях самолета оценивались характеристики «приводнения» Ил-96-300 в случае аварийной посадки на воду.

Требуемое аэродинамическое совершенство Ил-96-300 обеспечивалось также внедрением большого количества различных мероприятий, разработанных совместно с ЦАГИ. Улучшение аэродинамики проводилось не только в направлении совершенствования аэродинамической компоновки самолета, но и по пути внедрения новых конструктивных и технологических решений, приводивших к улучшению качества внешней поверхности. По всей поверхности самолета были применены не только заклепки с потайными головками, но и ликвидированы все «ступеньки» по стыкам листов обшивки.

Внешние поверхности Ил-96-300 задавались единой математической моделью геометрической поверхности, которая использовалась на этапах разработки конструкции, постройки опытных и серийных самолетов…

При реализации конструкции крыла впервые в отечественной практике при производстве пассажирских самолетов использована так называемая «стапельная крутка» крыла. Она позволила обеспечить работу сечений крыла в полете на наиболее оптимальных углах атаки и, благодаря этому, достичь запроектированной величины максимального аэродинамического качества…

При проектировании Ил-96-300 впервые были проведены расчетные, экспериментальные и летные исследования по разработке и внедрению в эксплуатацию на пассажирском самолете такого класса электродистанционной аналоговой системы управления самолетом «по усилиям» с дублирующей тросово-механической проводкой. В систему управления Ил-96-300 заложены решения, не позволяющие экипажу ошибочно вывести самолет на критические углы атаки, приводящие к его сваливанию…

Вес и композиты

Аэродинамическое и конструктивное совершенство Ил-96-300 позволило получить величину максимального аэродинамического качества, которое на момент создания самолета превышало мировой уровень, что обеспечило ему выдающиеся характеристики дальности полета с высокой коммерческой нагрузкой…

Весовое совершенство самолета Ил-96-300 во многом определялось массой конструкции планера, бортовых систем, бортового оборудования и комплектующих изделий. Специальным приказом министра авиационной промышленности на самолет устанавливалось бортовое оборудование и комплектующие изделия новейшей разработки, соответствующие требованиям строгих весовых лимитов, утвержденных генеральным конструктором. По сравнению с Ил-86 эффект облегчения от применения новых комплектующих изделий, колес, электрожгутов, усовершенствованных металлических сплавов, нового крепежа, композиционных материалов и слоистой клееной конструкции в агрегатах самолета составил почти 11500 кг…

С целью повышения долговечности панели подвергались поверхностной упрочняющей обработке. К панели обшивки приклепывались стрингеры с переменными по длине размерами поперечного сечения. Этим обеспечивалось оптимальное сочетание толщины обшивки и сечения стрингера…

Другой особенностью конструкции планера самолета Ил-96-300 явился возросший по сравнению с Ил-86 объем применения композиционных материалов. В конструкции крыла и фюзеляжа детали, изготовленные из гибридных композиционных материалов на основе угле-, органо- и стеклопластиков и полимерного сотового заполнителя, занимают примерно 290 м2… Программой дальнейшего снижения массы предусматривалось применение композиционных материалов и в силовых элементах конструкции планера Ил-96-300, но, к сожалению, в связи с дальнейшим развитием не зависящих от ОКБ событий это не удалось сделать…

Силовая установка Ил-96-300 состоит из четырех турбореактивных двигателей ПС-90А, разработанных ОАО «Авиадвигатель». Они серийно строятся предприятием «Пермский моторный завод». Установка четырех двигателей на Ил-96-300 определялась необходимостью обеспечить надежность и безопасность полетов, особенно в полетах по трансокеанским маршрутам. Кроме того, наличие четырех двигателей позволило обеспечить трех- и четырехкратное резервирование жизненно важных бортовых систем самолета. В случае отказа одного двигателя Ил-96-300 должен был иметь возможность продолжить полет до аэропорта назначения без усложнения пилотирования…

Удобства для пассажиров

Важным критерием оценки уровня технического совершенства пассажирского самолета является комфорт пассажирских салонов. При создании Ил-96-300 проводились работы по дальнейшему улучшению комфорта в широкофюзеляжных салонах самолета за счет увеличения шага установки пассажирских кресел, устройства в них индивидуального освещения, внедрения аудио- и видеотрансляции, дизайна салонов, размеров багажных полок…

На самолете Ил-96-300 система «багаж при себе плюс контейнеры» не использовалась. С самого начала проектирования предполагалось, что посадка пассажиров в самолет будет производиться через аэропортовые телескопические трапы и двери на верхней палубе самолета. Такими трапами уже в то время были оборудованы большинство крупных зарубежных и отечественных аэропортов, куда должны были летать самолеты Ил-96-300. Анализ показывал, что пассажиры дальних рейсов имеют, как правило, более тяжелый и более громоздкий багаж, чем, например, пассажиры самолетов Ил-86, и они предпочитали освобождаться от него при регистрации в аэропорту. Приходилось учитывать и уже начинавшие появляться случаи террористических атак. Поэтому компоновка Ил-96-300 разрабатывалась при использовании транспортировки багажа пассажиров, попутных грузов и почты в контейнерах. Небольшой багаж и верхнюю одежду пассажиры могли размещать в закрытых багажных полках и гардеробах в салонах самолета…

По полосе на коленях

Постройка первого опытного самолета Ил-96-300 проводилась на опытном производстве ОКБ в кооперации с Воронежским авиационным производственным объединением (ВАСО). Одновременно с постройкой опытного самолета началось серийное производство этих машин на ВАСО. В начале сентября 1988 года опытную машину выкатили из ворот сборочного цеха.

После опробации систем самолет был передан представителям летно-испытательной и доводочной базы (ЛИиДБ) предприятия. «Хозяевами» самолета стали главный ведущий инженер В. С. Кругляков и наземный экипаж во главе с бригадиром авиатехников В. В. Лебедевым…

Первый взлет самолета Ил-96-300 предполагалось выполнить с Центрального аэродрома имени М. В. Фрунзе, расположенного в центре Москвы в шести километрах от Кремля. И это было весьма трудной задачей, хотя имелся опыт первого взлета с этого аэродрома таких самолетов, как Ил-18, Ил-76, Ил-86. На этот раз аэродром был в крайне запущенном состоянии, он долгое время не ремонтировался, в отдельных местах из взлетно-посадочной полосы выкрашивалась щебенка.

Главный ведущий инженер по испытаниям самолета В. С. Кругляков, чуть ли не ползая по полосе на коленях, проверил ее качество, и по его указаниям полосу немного подремонтировали. После этого приступили к рулежкам и пробежкам практически пустого самолета по ВПП. В процессе пробежки была поднята передняя стойка шасси. Пустой самолет разгонялся быстро, но из-за малой длины полосы Центрального аэродрома, равной всего 1600 м, не удалось выявить те особенности работы двигателей с большой степенью двухконтурности, которые затем заставили поволноваться и экипаж и создателей самолета, присутствовавших при его первом вылете. Большую работу по подготовке первого вылета провели аэродинамики и испытатели ОКБ Г. Г. Муравьев, Л. С. Морасанов, А. И. Борисов, В. И. Егоров, Ю. В. Выдруг, А. А. Макарычев.

Драматические мгновения взлета

Взлет и перелет на основную базу в г. Жуковский были намечены на 29 сентября 1988 года, а 28 сентября должен был состояться методический совет (методсовет) министерства, который должен был определить готовность самолета, аэродрома и экипажа к выполнению первого взлета. Однако утром 28 сентября метеоусловия были столь благоприятными, а машина находилась в состоянии готовности к полету, что испытатели предложили Г. В. Новожилову выполнить в этот день первый взлет самолета. Об этом предложении было доложено методсовету, и после сообщений специалистов ОКБ, ЛИиДБ и других организаций о готовности их систем, методсовет дал разрешение на первый вылет 28 сентября. Взлет должен был совершаться над густо населенными районами города, что накладывало на экипаж (С. Г. Близнюк – командир корабля, А. Н. Кнышов – второй пилот, В. А. Щеткин – штурман, В. П. Горовой – бортинженер, В. Н. Новиков – бортэлектрик) особую ответственность.

Самолет отбуксировали к заводу «Знамя труда», где стояла отбойная стенка, проверили двигатели, работу бортовых систем. После этой проверки и доклада о готовности самолета к полету генеральный конструктор Г. В. Новожилов традиционно на капоте автомобиля подписал полетный лист на первый вылет.

И вот, после дополнительной небольшой проверки работы двигателей на разных режимах, самолет Ил-96-300 начал разбег. Предоставим слово Г. В. Новожилову: «Я наблюдал за взлетом, стоя у кромки взлетно-посадочной полосы в том месте, где по расчетам самолет должен был оторваться от земли. Вот самолет стронулся с места и стал быстро набирать скорость, как вдруг… Когда он пробежал уже половину расстояния до нас, мне показалось, что темп разгона самолета как бы замедлился. Что это? Неужели произошел сбой в работе двигателей, и летчики сейчас будут вынуждены прервать взлет? Хватит ли им оставшейся части полосы, чтобы остановить самолет? Но не успел я подумать об этом, как самолет уже был около нас и, оторвавшись от земли в расчетной точке, ушел в воздух. Вечером, после полета, я рассказал командиру корабля С. Г. Близнюку о своих впечатлениях. И он мне подтвердил, что, действительно, темп нарастания скорости примерно в середине разбега несколько замедлился, и он пережил тягостные мгновения раздумья: успеет ли машина набрать необходимую скорость отрыва от земли. Но, слава Богу, она успела. Это явление явилось следствием падения тяги у двигателей с большой степенью двухконтурности по мере нарастания скорости. И хотя мы знали о нем задолго до начала испытаний, оно заставило нас пережить несколько драматических мгновений при первом вылете самолета Ил-96-300».