Катырев И. Флагманы «Аэрофлота»: о самолетах Ил-14 и Ил-18 // Крылья Родины. – 2003. – №3

Игорь КАТЫРЕВ, главный конструктор АК им. С.В. Ильюшина

 

Работы над проектом нового варианта пассажирского самолета, получившего обозначение Ил-14, начались сразу после завершения испытаний Ил-12. Естественно, что первый пассажирский самолет не был идеальным. Как всякая техническая конструкция наряду с положительными качествами имеет и определенные недостатки.

Одной из проблем было обеспечение взлета при отказе одного двигателя. Элементарная логика подсказывала самое простое решение: нужно увеличить мощность двигателя, что обеспечит поддержание взлетной скорости и необходимой скороподъемности.

Но эта кажущаяся простота автоматически приводила к другим проблемам: ухудшалась путевая устойчивость, возрастали нагрузки на управление.

Начатые в 1947-м работы над проектом Ил-14 с двумя двигателями АШ-73 мощностью по 2400 л.с. прекратили. Было признано целесообразным решать возникшие проблемы комплексно, путем совершенствования аэродинамики и управляемости самолета.

Проведенные в ЦАГИ исследования показали, что при улучшении аэродинамических характеристик крыла и его механизации можно добиться при выпущенных закрылках более высокого значения аэродинамического качества, чем на крыле с убранными закрылками.

Были увеличены относительные толщины профилей по размаху до 18% у корня и 12% на конце. Это обеспечивало возможность взлета при отказе одного двигателя при небольшом увеличении мощности АШ-82ФН, использовавшегося на Ил-12. ОКБ А.Д. Швецова доработало двигатель с доведением его мощности до 1900 л.с. при одновременном уменьшении на 15% удельного расхода топлива и повышением ресурса до 500 ч. Новый двигатель получил обозначение АШ-82Т.

Сделали и другие изменения, направленные на уменьшение лобового сопротивления самолета при взлете и полете; установлен новый винт АВ-50, переводившийся во флюгерное положение в 2 раза быстрее, уменьшено в 2 раза время уборки шасси, разработана новая мотогондола с меньшим лобовым сопротивлением и закрывающимися после уборки шасси створками.

Для повышения путевой устойчивости увеличена площадь киля. Претерпела изменения и противообледенительная система. Выхлопные газы от двигателя через теплообменники теперь обогревали и пассажирскую кабину.

Следует отметить, что с целью ускорения проверки характеристик взлета с отказавшим двигателем на опытном Ил-14 установили крыло и оперение Ил-12. Первый полет опытного Ил-14 выполнен 13 июля 1950 г. Второй опытный самолет, получивший обозначение Ип-14П, построенный со всеми изменениями, взлетел 1 октября 1950 г.

Государственные и эксплуатационные испытания подтвердили эффективность проведенных изменений, и самолет был запущен в серийное производство в 1955 году в Москве на заводе № 30 и в 1953 году – в Ташкенте на заводе №84.

Первоначально пассажирская кабина оборудовалась 6 рядами кресел по 3 кресла в каждом ряду: два слева и одно справа. В дальнейшем, по мере роста потребностей в перевозках количество мест довели до 24 – 6 рядов по 2 кресла справа и слева.

С 1953-го по 1956-й годы количество перевезенных Аэрофлотом пассажиров увеличилось с 1,9 млн. человек до 3,1 млн., т.е. в 1,63 раза. Естественно, для обеспечения такого быстрого роста требовался самолет большей пассажировместимости, и в 1956-м была проведена модификация фюзеляжа удлинением его на 1 м, что позволило с одновременной перекомпоновкой кабины разместить 32 кресла: 8 рядов по 4 кресла в ряду.

К началу 50-х годов ОКБ уже полным ходом трудилось по созданию реактивной авиации.

Нужно отдать должное напористости Ильюшина в реализации своих идей. Неудача с поршневым Ил-18 не остановила его стремление продолжить работы по пассажирским самолетам, хотя загрузка коллектива была предельной. Созданные реактивные и турбовинтовые двигатели открывали новые горизонты для пассажирских самолетов – это скорость, высота, дальность.

В Англии в 1949-м начаты испытания пассажирского самолета «Де Хэвилленд» ДН-106 «Комета» с ТРД; в 1950-м турбовинтового Викерс «Вайкаунт»; в 1952-м-турбовинтового Бристоль «Британия».

В США в августе 1954-го совершил первый полет грузовой самолет «Локхид» С-130 с турбовинтовыми двигателями, а месяцем ранее турбореактивный топливозаправщик «Боинг-707» (модель 367-60), на базе которого в дальнейшем разработан пассажирский вариант. В Советском Союзе 17 июня 1954-го совершил полет турбореактивный Ту-104, созданный на базе бомбардировщика Ту-16.

Сергей Владимирович не мог не включиться в эту работу, учитывая большой опыт всего коллектива по предыдущим самолетам. Наиболее перспективной идеей было создать чисто пассажирский самолет, так как использование военного прототипа обязательно приводит к компромиссным решениям не всегда в пользу специального проекта. Но уже реализованные схемные решения того времени привели в первом проекте турбореактивного Ил-16 к некоторому сходству с «Кометы» и Ту-104.

В 1955-м отдел эскизных проектов разработал пассажирский вариант самолета на 60 мест с четырьмя ТРД АМ-11, с крейсерской скоростью около 800 км/ч и дальностью полета 1600-2000 км.

Четырехдвигательная схема, по сравнению с двухдвигательной Ту-104, гарантировала большую надежность и безопасность, но не исключала и недостатков последнего: шум в кабине, пожароопасность, плохие подходы для обслуживания двигателей.

Да и малая заявленная дальность не давала преимущества перед Ту-104, имевшего дальность 3500 км. Решающую роль в прекращении дальнейшей разработки сыграло то, что Ту-104 уже реально эксплуатировался.

Объем перевозок пассажиров в Аэрофлоте в 1955-м составил 2,5 млн. человек и 63,8 тыс. т. почты. Требовалось увеличить перевозную способность самолетного парка, особенно на маршрутах в Сибирь, на Север и Дальний Восток.

Требовался самолет большей вместимости, чем Ил-14 и большей дальности, чемТу-104.

Исследования ЦАГИ и в ОКБ, показали, что большие расходы топлива существующих турбореактивных двигателей не обеспечат увеличения дальности при большой пассажировместимости, вследствие значительной стоимости эксплуатации – самолет получился переразмеренный и тяжелый. Проблема упиралась в экономичность двигателя.

Ильюшин оценил перспективность вновь разработанных турбовинтовых двигателей, имевших удельный расход топлива в 2-3 раза меньше, чем у турбореактивных.

Его главной идеей в то время было стремление создать самолет, который по стоимости билета для пассажира был бы равен стоимости проезда в купейном вагоне пассажирского поезда. Начал реализовываться проект ранее прорабатывавшегося четырехдвигательного Ил-18, но на совершенно новой теоретической и технологической базах.

Концепция Ил-18 состояла в следующем: пассажировместимость 75-100 мест; практическая дальность не менее 6000 км, полет без посадки на Дальний Восток; максимально возможная для турбовинтового варианта скорость; высокий уровень безопасности; всепогодная эксплуатация во всех регионах Союза; возможность эксплуатации на коротких ВПП; простота технического обслуживания; хорошая управляемость; большой технический ресурс, длительный срок службы; простота конструкции и высокая технологичность; высокая экономичность.

К этому времени в ОКБ имелись все условия создания такого самолета: опыт разработки Ил-12, Ил-14, Ил-18 поршневого; серийные заводы, отработанные современные технологические процессы; состав ОКБ пополнился квалифицированными молодыми специалистами из авиационных и технических вузов, учившихся у ведущих специалистов науки, включая главных конструкторов КБ; руководство страны целенаправленно стимулировало развитие гражданской авиации.

Возврат к варианту поршневого Ил-18 был чисто формальным, сохранилось только обозначение и диаметр фюзеляжа – 3,5 м. За прошедшие годы значительно возросли требования к летно-техническим характеристикам.

Работы над проектом начались осенью 1956-го. Их развернули практически параллельно во всех подразделениях. Не дожидаясь завершения разработок в бюро проектов, конструкторские отделы получили задание на проработку агрегатов и систем. Ильюшин поставил задачу – внимательно изучить зарубежный опыт с целью исключить повторение имевших место ошибок.

Новыми направлениями в работе были силовая установка, герметизированный фюзеляж и ресурс – это ни в коей мере не умаляет значение всех других систем, но именно двигатели и фюзеляж были неизведанной областью.

Можно сказать, что впервые в отечественной промышленности были созданы два равноценных турбовинтовых двигателя НК-4 и АИ-20 мощностью около 4000 л.с. Памятуя негативный опыт по поршневому Ил-18, когда главной задержкой в проекте стали двигатели, на сей раз решили разрабатывать проект с обоими двигателями.

Самолет разрабатывался с 4-мя двигателями, установленными на крыле. Такая схема обеспечивает высокую весовую эффективность конструкции, но в то же время приводит к необходимости обеспечения устойчивости и управляемости при отказе одного или двух двигателей. Это особенно важно, так как при отказе двигателя необходимо исключить возникновение отрицательной тяги винта, т.е. следует перевести его во флюгерное положение – лопасти устанавливаются по полету.

Для этого разрабатывалась новая специальная электромеханическая система, аналогов которой в ОКБ ранее не было. Вторым проблемным агрегатом был фюзеляж.

Летом 1954-го над Адриатикой при полете на эшелоне потерпел катастрофу английский пассажирский самолет «Комета». Проведенные расследования определили, что катастрофа произошла по причине взрывной декомпрессии из-за образования усталостной трещины в углу выреза в обшивке фюзеляжа для установки антенны.

Анализ прочности показал, что уровень напряжений растяжения в этом месте превысил в 3 раза величину напряжений от избыточного давления в фюзеляже. Материал обшивки фюзеляжа «устал», в результате развилась большая трещина, и фюзеляж «взорвался».

Эта катастрофа заставила конструкторов и прочнистов тщательно проработать вопросы прочности, связанные с наддувом фюзеляжа. Требовалось выбрать такую толщину обшивки, которая способна обеспечить прочность и ресурс при минимальном весе. Расчеты показывали, что статическая прочность обеспечивается при толщине 1,2 мм.

Надежной методики расчета на ресурс не было, и практически единственным путем реального подтверждения требуемого ресурса был метод испытаний натурного фюзеляжа на многократный наддув эксплуатационным избыточным давлением.

Такие испытания были необходимы и потому, что конструкция фюзеляжа не является однородной оболочкой, в нем имеется множество так называемых «нерегулярностей» – это фонарь пилотов, входные двери, аварийные и грузовые люки, окна, герметические днища и др.

Для проведения таких испытаний совместно с ЦАГИ и был спроектирован и построен специальный бассейн, в котором водой под давлением испытывался фюзеляж. При этом одновременно прикладывались нагрузки от крыла, оперения, двигателей. Ресурсные испытания проводились после завершения проектирования и постройки опытного самолета. Реализуя концепцию проекта на самолете были установлены: радиолокатор, отображающий наземную обстановку и метеообстановку; пилотажно-навигационный комплекс, обеспечивающий полет и посадку в сложных метеоусловиях, включая автоматическую; электротепловая, противообледенительная система; новая многоканальная система энергоснабжения, повышающая надежность при отказах двигателей; простые, но эффективные закрылки, обеспечивающие посадку на короткие полосы; современное бытовое оборудование, обеспечивающее необходимый уровень комфорта при длительных полетах; мощная система кондиционирования и наддува.

Первый полет Ил-18 с двигателями НК-4 состоялся 4 июля 1957-го. Всего через 13 месяцев после начала проектирования и через 9 месяцев от начала постройки.

Первый вариант Ил-18А имел 75 мест – 5 кресел в ряду – 3 справа и 2 слева, два гардероба, два буфета, 3 туалета.

Начавшиеся летные испытания подтвердили главное – самолет является экономичным средством воздушного транспорта, и уже в 1958-м он был запущен в серийное производство на заводе № 30 в Москве.

Начиналась длительная жизнь самолета: в апреле 1959-го Ил-18 стал эксплуатироваться в подразделениях Аэрофлота. Но это не был путь, усеянный розами: были выявлены отдельные недостатки, происходили летные происшествия и катастрофы.

Одной из первых проблем стал шум и повышенные вибрации на участке кабины в зоне плоскости винтов внутренних двигателей. Потребовалась перекомпоновка: переднюю входную дверь сместили назад ближе к винтам, в зоне винтов разместили туалеты и гардероб, буфет смещен немного назад от плоскости винтов.

Это улучшило комфорт для пассажиров, но для стюардесс шум и вибрации в буфете остались причиной постоянных жалоб.

С наружной стороны обшивки фюзеляжа в плоскости винтов установили защитные листы на демпфирующей прокладке и в дальнейшем по результатам ресурсных испытаний в этой зоне увеличили толщину основной обшивки до 1,5 мм, что также уменьшило уровень шума и вибраций в этой зоне.

В процессе эксплуатации устранили отдельные недостатки в системе флюгирования винтов, что практически исключило возможность отказов этой системы.

Летные испытания и начальный этап эксплуатации показали, что двигатель АИ-20 более надежен, хотя и более тяжелый, и, начиная с 20-го серийного самолета устанавливается только двигатель АИ-20.

Испытания также подтвердили возможность совершенствования самолета по характеристикам и пассажировместимости.

На варианте «Б» увеличена пассажировместимость с 75 до 89 мест, максимальная коммерческая нагрузка с 12 до 14 т. и взлетный вес возрос с 58 до 61,2 т. Таких самолетов выпустили 64. Самый массовый вариант «В» впитал в себя все улучшения по уменьшению шума и вибрации, а также получил усовершенствованный пилотажно-навигационный комплекс.

В период с 1960-го по 1965-й годы выпустили 335 самолетов. На варианте «Е» количество кресел увеличили до 100, а в варианте повышенной плотности – до 110. Модернизировано бытовое оборудование и улучшена отделка салона. В период с 1965-го по 1966-й выпустили 23 самолета.

Потребности дальних перевозок привели к созданию дальнего варианта «Д». Дальность увеличили с 5000 км до 6500 км, для чего потребовалось установить в центроплане дополнительные баки-отсеки и установить модернизированные двигатели АИ-20М мощностью 4250 л.с. С 1965-го по 1969-й годы построено 122 самолета.

С.В. Ильюшин уделял большое внимание эксплуатации самолетов, разработанных в нашем конструкторском бюро. По Ил-18 эти задачи были возложены на заместителя главного конструктора по эксплуатации Г.В. Новожилова. Генрих Васильевич с присущими ему энергией, профессионализмом и ответственностью включился в эту работу и внес большой вклад в освоение эксплуатации и доводку Ил-18.

Уже будучи генеральным конструктором, он часто вспоминал, что опыт работы в этот период позволил ему понять: любой проект самолета будет иметь успех, если он будет обеспечивать запросы пассажиров и простое обслуживание.

В заключение приведу выдержки из письма Ю.В. Преображенского, инженера Домодедовского производственного объединения, заслуженного рационализатора МГА:

«В одном американском колледже стоит макет самолета Ил-18, как пример идеальной компоновки турбовинтового самолета, и мировая авиационная наука признает его лучшим по многим показателям. У него классически совершенная аэродинамика, большая живучесть, экономичность.

Ил-18 и сегодня является единственным надежным средством сообщения северных городов Игарки, Тикси с Москвой.

На трассе Москва-Магадан этот самолет ежедневно бывал в воздухе по 20 часов.

Часто бывает, что за месяц самолет налетал более 300 часов, а в бортжурнале лишь одна запись бортмехаников «замечаний по работе матчасти нет».

...А пока на очередном списываемом самолете сзади штурвала, где пишут разные автографы, я вновь прочел запись летчиков «Прощай, друг!»