Авиация и космонавтика 2003 07
Шрифт:
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."